Science：重大突破！首次绘制出人蛋白质组亚细胞定位图

图片来自Human Protein Atlas。

在一项新的研究中，对人细胞中的蛋白是如何分布的首个分析结果揭示出大部分人蛋白能够在一个给定的细胞中的一个以上位置发现到。利用位于瑞典的细胞图谱（Cell Atlas），研究人员研究了人蛋白质组（对应着绝大多数蛋白编码基因）的空间分布，而且他们史无前例详细地描述了蛋白在多个细胞器和细胞亚结构中的分布。相关研究结果于2017年5月11日在线发表在Science期刊上，论文标题为“A subcellular map of the human proteome”。

在一个细胞中，细胞器形成一个封闭的空间。在这个空间中发生的化学反应完成细胞中的特定功能。鉴于这些功能与一组特定的蛋白紧密地关联在一起，了解人蛋白质组的亚细胞定位是理解人细胞的功能和内在机制的关键知识。

这项研究是由瑞典皇家理工学院副教授Emma Lundberg领导的。Lundberg及其团队产生了30多万张图片来系统性地确定人蛋白在体外培养的细胞系中的空间分布，并且在单细胞分辨率上将它们定位到细胞区域和亚结构中。

这种细胞图谱是人类蛋白图谱（Human Protein Atlas）计划10多年研究的结果，它是在2016年12月发起的。这项新的研究详细地分析了这几十万张图片。这些图片是作为一项国际合作行动的一部分产生的。这个国际合作行动也包括来自中国、韩国、印度、丹麦和德国的研究团队。

瑞典皇家理工学院教授、人类蛋白图谱主任Mathias Uhlen说，“仅通过研究人体最小的功能单元（即细胞），我们才能够充分地理解人体生物学功能。这种细胞图谱给研究人员提供新的知识而有助在功能上解释单个蛋白和它们在人体生物学功能和疾病中的作用。”

这些研究人员将由13,993种抗体靶向的总共12,003种蛋白定位到30个细胞区室和亚结构中的一个或多个，此外，他们还详述了13个主要细胞器的蛋白质组。具有最大蛋白质组的细胞器是细胞核（有6,930种蛋白）及其亚结构（如核小体和核小斑点），和细胞质（有4,279种蛋白）。

这篇发表的论文也包括英国剑桥大学剑桥蛋白组学中心Kathryn Lilley开展的一项比较研究：能够利用一种基于质谱的替代性映射策略验证这种基于抗体的免疫荧光显微分析结果。

令人关注的是，大约一半的蛋白在一个以上的细胞区室中发现到，这揭示出一群相同的蛋白存在于细胞中的功能上不相关的部分。这一发现进一步阐明了细胞的复杂性。

这种细胞图谱是一种开放存取的资源，能够被全世界的研究人员用来研究感兴趣的蛋白或细胞器。Lundberg说，“这种细胞图谱能够允许开展系统生物学和细胞建模应用，而且它也是图像模式识别中的机器学习应用的一种高度有价值的资源。”