关键词：蛋白网络，基因组变异，翻译后调控，肿瘤

研究思路和成果：

研究者首先使用基于质谱的蛋白质组学分析手段，鉴定了50个直肠癌细胞系蛋白质水平，并破译了体细胞基因组变异的功能性后果；定量到了超过9000个蛋白，并依此建立功能性蛋白关联网络，表征基因组突变对蛋白复合体的影响 (图 1)。随后，通过CRISPR-cas9技术，突变关键染色质修饰因子，证明了基因组改变的影响能够通过蛋白质相互作用以与转录无关的方式进行传播；最后，研究者利用定量蛋白质组学数据，对直肠癌细胞系进行无监督分类，并构建直肠癌药物反应预测模型。

基于定量蛋白质组学数据，研究者分析了直肠癌细胞系中蛋白丰度共调节的情况，研究者给出了蛋白复合体物理相互作用网络图（图2），并发现已知的直肠癌数据库（CORUM）蛋白物理性互作共调控关联系数相较于整体蛋白互作共调控水平有更强的正相关性，且该正相关性在转录组水平共调控分析中表现并不明显（图2A），ROC（receiver operating characterisitic）分析也证实了蛋白质组学数据在预测蛋白复合体以及高可信度蛋白相互作用方面优于转录组数据（图2 B），以上结果说明了对于大多数已知蛋白复合体，其蛋白亚基的丰度受到翻译后调控，以精确维持蛋白复合体整体丰度。

在2016年发表于Nature关于乳腺癌的蛋白基因组学研究中已报导有些癌基因（如TP53或ERBB2）的突变或者拷贝数变化，会最终影响到表达蛋白丰度改变。在本研究中，研究者进一步证实了基因功能缺失突变（loss-of-function，LoF）对蛋白丰度的影响会通过蛋白互作网络影响蛋白复合体中其他蛋白丰度。研究者首先通过关联调控网络筛选出已知的STRING互作蛋白中因LoF突变造成蛋白水平下调的蛋白复合体（图3A），随后通过CRISPR-Cas9技术在直肠癌细胞系中敲除染色质重塑复合体BAF与PBAF（图3B）中的关键基因ARID1A，ARID2，PBRM1，并通过质谱与RNA-seq分析对应基因敲出株系蛋白水平与mRNA水平，发现由于上述基因缺失造成的复合体中其他蛋白水平的降低仅体现在蛋白水平而非转录水平（图3C），证明了LoF通过蛋白网络对蛋白丰度的影响是不依赖于转录的。此外，尽管ARID1A基因缺失造成大量基因差异表达（图3D），但是与蛋白水平的对应不佳（图3E），说明了由LoF造成的蛋白水平调控属于转录后或翻译后调控机制。

最后，研究者使用蛋白质组学定量数据进行无监管聚类分析，将所研究的直肠癌细胞系分为5种类型（图4），与之前的组织分类比较，基于蛋白质组学的分子分型不仅抓住了分型的共同特点，也提供了新的分型依据，且不同的类型分别对应着不同的基因组变异模式。

此外，研究者利用蛋白质组学数据，分析了不同直肠癌细胞系的药物反应预测，发现两种转运蛋白ABCB1、ABCB11的丰度与药物抗性相关；两种蛋白水平表现出高度一致表明二者之间存在可能的互作关联，实验证明：抑制ABCB活性能够增强细胞药物敏感度。这也预示着蛋白质组学不失为一种寻找药物反应基因组标志物的重要手段。

总结：本文通过蛋白质组学研究结合基因组突变数据，给出蛋白质共调控网络，证明基因功能缺失突变能够独立于mRNA影响蛋白水平，并进一步揭示了基因组变异的后果能够通过蛋白互作网络传递并影响其他基因蛋白水平，通过蛋白组数据进行肿瘤分子分型揭示不同分型之间的基因组变异差异，为用药模型中基因组标志物寻找提供新的思路。

你是暗夜里的一盏烛光——定量蛋白质组学为癌性恶病质患者带来希望