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「青蓮百奧聚焦」Nature子刊:構建迄今人體皮膚空間蛋白質組圖譜

2021-03-03 00:00:00

皮膚是人的身體器官中的器官,具有重要的屏障保護作用,同時,它還是人們健康狀況最醒目的信號。皮膚包括多個組織層和多種細胞類型的復雜器官,盡管人體皮膚在人類健康和疾病中起著核心作用,但皮膚的組成蛋白尚未得到系統的表征。


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世界著名蛋白質組學專家Matthias Mann教授團隊基于質譜的蛋白質組學結合先進的采樣策略,分離出皮膚不同空間結構層和不同細胞類型,首次成功繪制了健康人皮膚的蛋白質組學圖譜,為系統研究人類皮膚的生物學和病理學提供了寶貴資源。該研究成果“Spatially and cell-type resolved quantitative proteomic atlas of healthy human skin”于2020年11月5日發表在國際學術期刊Nature Communnications雜志上,接下來跟著小編一起來看看大牛團隊研究成果吧~


結果速遞


健康人皮膚的深入定量蛋白質組學圖譜構建

研究團隊使用整形外科的健康皮膚,利用刮除術解剖內表皮和外表皮,隨后對真皮和皮下組織進行穿孔活檢(圖1a)。然后通過酶解和流式細胞術(FACS)分選出各種免疫細胞、黑色素細胞和內皮細胞等主要細胞類型。其中皮膚組織來自6個個體,免疫細胞來自多達21個供體,共計60多個蛋白質組樣本。通過分餾分的策略,用DDA采集(label free)構建深度的蛋白質組庫,共鑒定到173,228個序列特異性肽段,共10,701個蛋白,蛋白序列的中位數覆蓋率為39.4%(圖1b)。這是前所未有的覆蓋深度,為全局蛋白質組學水平上研究皮膚功能和成分提供了極好的基礎。研究人員利用DIA定量技術在外表皮(角質層)中鑒定出8987個蛋白質,在內表皮(包括從細胞層到基底膜) 中鑒定出9140個蛋白質。真皮和皮下由于存在高比例的細胞外基質,鑒定出的蛋白質數量略少,分別為8340和6334(圖1c)。

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圖1:基于MS的皮膚層及其細胞亞群蛋白質組學研究


研究人員使用外周血單核細胞 (PBMC) 蛋白質組作為分析皮膚相關表皮和真皮細胞的基準文庫??偟膩碚f,研究人員發現大部分蛋白質(56.3%)在所有四層中均表達,而(33.9%)在部分層中表達,只有極少數(5.3%)在某一層中表達。這些發現與先前在其他組織上所做的研究一致,表明大多數表達的蛋白質在多種組織類型之間共享,而蛋白質豐度則有很大差異。



健康人皮膚蛋白質組的空間梯度

皮膚的顯著特征是其分層的成分,每一層都具有獨特的功能作用。接下來研究人員通過DDA數據集深入分析來研究不同分層皮膚組織的功能特征(圖2a-c)。首先,對表皮組織分析確定并量化了47種KRT角蛋白,它們代表了目前已知所有的皮膚角蛋白。還發現表皮中的KRT 1、5、10、14和6A含量最豐富,占總外表皮KRT的87%和內表皮中KRT的93%。外層肌膚具有機械穩定性的谷氨酰胺轉胺酶表達也有存在明顯的空間梯度。糖蛋白(例如彈性蛋白和層粘連蛋白)在真皮中含量高。

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圖2:皮膚的空間蛋白質組成


此外還證明了存在大量的免疫活性蛋白,白細胞介素在防御感染和炎癥性皮膚病中起關鍵作用,但由于豐度低,特別是在沒有炎癥的情況下,很難用蛋白質組學方法鑒定。值得注意的是,研究人員鑒定并量化白細胞介素細胞因子家族的空間和細胞表達模式(圖2d-i),包括IL-18、IL-37和IL-36g 在內的成員主要在表皮層檢測到,但是IL-36a,這個之前一直被忽略的家族成員,特異高表達于皮下組織。這些研究代表了人類皮膚不同結構分區和細胞類型的免疫活性蛋白的詳細定量蛋白質組學分析。

此外,研究人員通過細胞亞群蛋白質組分析探索新蛋白,揭示了大量在皮膚生物學中功能尚未定義的的蛋白質,為進一步的探索提供了良好的基礎。


總結

長期以來,皮膚蛋白質組的高動態范圍(豐度差異較大)一直是全面定量蛋白質組學分析不可逾越的障礙,此外,許多細胞類型數量較低。研究人員通過刮除術,皮膚解剖,FACS分選和原代細胞培養相結合,將皮膚分為四層和九種細胞類型。利用蛋白質組學的手段(分級,Label Free,DIA定量)成功構建了迄今為止從人類皮膚獲得的蛋白質組數據集。


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健康人體皮膚的空間及細胞特異定量蛋白質組圖譜

Spatially and cell-type resolved quantitative proteomic atlas of healthy human skin

期刊名稱:Nature Communications

IF:12.121

樣本選擇:表皮組織(外表皮和內表皮)、真皮組織和皮下組織,細胞樣本

技術策略:Label Free、DIA定量蛋白質組學



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