癌細胞系百科全書匯編了25種人肝癌細胞系(hLCCLs)的基因突變和mRNA表達。TCGA中的肝細胞肝癌(LIHC)隊列描述了基因組畸變、表觀遺傳學和基因表達譜特征。此外，一項關(guān)于肝癌發(fā)生的蛋白質(zhì)組學的研究對生物標志物的篩選和治療具有重要意義。然而目前hLCCLs的細胞器圖譜尚未被描繪出來。

今天北京蛋白質(zhì)組學跟大家分享的是一篇青蓮客戶文獻來自河南省醫(yī)學遺傳研究所及國家蛋白質(zhì)機構(gòu)合作完成，于2022年1月20日發(fā)表在Database上“PSL-LCCL: a resource for subcellular protein localization in liver cancer cell line SK_HEP1”。蛋白亞細胞定位的表征為進一步了解細胞行為提供了基礎(chǔ)。人肝癌細胞系(hLCCLs)中蛋白質(zhì)在膜結(jié)合細胞器上的亞細胞定位還有待進一步研究，因此作者通過質(zhì)譜法對分離并富集了六個膜結(jié)合細胞器的蛋白質(zhì)進行了定量分析，利用marker蛋白和基于機器學習的算法實現(xiàn)了在聚類和鄰域水平上定位蛋白質(zhì)（青蓮百奧提供技術(shù)支持）。

圖1：用MS定量分析SK_HEP1分離六種細胞器（n=3）中的蛋白質(zhì)

研究結(jié)果

六種膜結(jié)合細胞器中蛋白質(zhì)的定量結(jié)果分析

六個細胞器中共鑒定到4464個蛋白質(zhì)，其重疊率為 百分之92 (n = 4097)。作者將來自六個細胞器鑒定的蛋白質(zhì)結(jié)果組合在一起并實施機器學習算法來預(yù)測蛋白質(zhì)亞細胞定位?；跈C器學習算法的分類在很大程度上依賴于可用的marker蛋白，而特異性定位于細胞器的marker蛋白要求具有高度的可復(fù)制性。選定了1481個marker蛋白分為18個簇（圖2A）并進一步注釋為不同的亞細胞區(qū)室。

圖 2：選定的1481個marker蛋白的注釋

蛋白在 t-SNE 空間的分布，如相鄰的幾個簇(簇 1-3、簇 4-8、 簇9-11 和簇 12-17)表明了簇之間的內(nèi)在聯(lián)系。基于已知的亞細胞區(qū)室的關(guān)系，作者使用“鄰域”的定義來合并相鄰的簇，如“分泌”(簇 1-3)、“線粒體”(簇 4-8)、“細胞核”(簇 9-11)和“胞質(zhì)溶膠”(簇 12-17)。不同細胞器中marker蛋白的表達譜(圖2B)也表明選擇的marker蛋白的可靠性。

基于聚類的、鄰域的蛋白質(zhì)亞細胞定位

基于監(jiān)督的機器學習的方法將所有鑒定到蛋白嚴格地分配到簇中進行分類，成功地將 2510 個(百分之56)蛋白分類為簇。然后，作者將預(yù)測的單定位蛋白(n = 2510)與 UniProt (n = 7147)和GO (n = 6664)中的單定位蛋白進行比較，發(fā)現(xiàn) 百分之44 的蛋白(n = 1105)與單定位蛋白一致。富集分析證實亞細胞定位在簇水平上被正確分配。

圖3：鑒定的蛋白質(zhì)(n = 4464)在鄰域水平的亞細胞定位

由于聚類相關(guān)性和蛋白質(zhì)覆蓋深度有限，僅一半(百分之56)被歸類為cluster。因此遵循“鄰域”的定義，根據(jù)已知的亞細胞區(qū)室關(guān)系在較高水平上對蛋白質(zhì)進行分類（圖3A）。蛋白分類比例增加到百分之85 的蛋白質(zhì)(n = 3803)，并與公共數(shù)據(jù)庫中注釋的單定位蛋白質(zhì)進行比較進一步驗證蛋白亞細胞定位分類。

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域和復(fù)合物的亞細胞分布

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域可能在蛋白亞細胞定位中發(fā)揮作用，例如帶有轉(zhuǎn)運肽的蛋白質(zhì)可以被運輸?shù)骄€粒體，而一個信號肽可以將蛋白質(zhì)靶向“分泌”鄰域。將具有不同結(jié)構(gòu)域（如跨膜、信號和轉(zhuǎn)運）的蛋白質(zhì)定位到網(wǎng)絡(luò)中顯示具有不同結(jié)構(gòu)域的蛋白在預(yù)期的鄰域中富集。pfam中注釋的36個結(jié)構(gòu)域家族在特定的簇或鄰域中顯著富集表明了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域與其亞細胞定位之間的關(guān)聯(lián)。

圖4：蛋白質(zhì)復(fù)合物的亞細胞定位

作者創(chuàng)建了一個 PSL-LCCL 數(shù)據(jù)庫，提供了用于SK _ hep1的“ PSL-LCCL”的用戶友好的蛋白質(zhì)亞細胞定位數(shù)據(jù)庫?？梢酝ㄟ^關(guān)鍵字查詢給定蛋白質(zhì)的定位進行可視化，還可以查看細胞器中感興趣的蛋白質(zhì)。

PSL-LCCL:一種人肝癌細胞系SK_HEP1中蛋白的亞細胞定位資源庫

期刊名稱：Database

影響因子：2.593

樣本選擇：SK_HEP1細胞器包括質(zhì)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、核內(nèi)體、溶酶體、高爾基體和線粒體

技術(shù)策略：非標蛋白質(zhì)組學