作为后基因组时代出现的新兴研究领域之一, 蛋白质组学(proteomics)正受到越来越多的关注。 蛋白质组学的研究目标是对机体或细胞的所有蛋白质进行鉴定和结构功能分析。 蛋白质组学的研究不局限任何特定的方法。 高分辨率的蛋白质分离技术如二维凝胶电泳和高效液相层析, 经典的蛋白质鉴定方法如氨基酸序列分析等, 现代质谱技术, 基因组学研究的各种手段, 现代计算机信息学和计算机网络通讯技术等等, 任何可用于蛋白质研究的技术手段, 蛋白质组学都可能会采用。 它体现的是一个开放的思维和研究方式。
蛋白质-蛋白质的相互作用是细胞生命活动的基础和特征。 这种千变万化的相互作用以及由此形成的纷繁复杂的蛋白质联系网络同样也是蛋白质组学的研究内容, 相应的工作也已经开展。
酵母双杂交系统(yeast two-hybrid system)自建立以来已经成为分析蛋白质相互作用的强有力的方法之一。 该方法在不断完善, 如今它不但可用来在体内检验蛋白质间的相互作用, 而且还能用来发现新的作用蛋白质, 在对蛋白质组中特定的代谢途径中蛋白质相互作用关系网络的认识上发挥了重要的作用。 实验表明双杂交技术在蛋白质组学上的应用是成功的。 本文将就双杂交技术的产生、发展及其在蛋白质组研究方面的初步应用作一介绍。
1 蛋白质组学的产生背景
基因组研究自从开展以来已经取得了举世瞩目的成就。 在过去几年中, 已经陆续完成了包括大肠杆菌、酿酒酵母等十多种结构比较简单的生物的基因组DNA的全序列分析［1］。 线虫(C.elegans)的基因组DNA测序工作已基本完成［2］。 规模更为庞大的人类基因组计划预期在下一世纪的前几年(2003～2005年)也将完成全部基因组DNA的序列分析。 这些进展是非常令人振奋的。 但是也随之产生了新问题。 大量涌出的新基因数据迫使我们不得不考虑这些基因编码的蛋白质有什么功能这个问题。 不仅如此, 在细胞合成蛋白质之后, 这些蛋白质往往还要经历翻译后的加工修饰。 也就是说, 一个基因对应的不是一种蛋白质而可能是几种甚至是数十种。 包容了数千甚至数万种蛋白质的细胞是如何运转的？或者说这些蛋白质在细胞内是怎样工作、如何相互作用、相互协调的？这些问题远不是基因组研究所能回答得了的。 正是在此背景下, 蛋白质组学(proteomics)应运而生。
蛋白质组(proteome)一词是马克.威尔金斯(Marc Wilkins)最先提出来的［3］, 最早见诸于1995年7月的“Electrophoresis”杂志上［4］, 它是指一个有机体的全部蛋白质组成及其活动方式。 蛋白质组研究虽然尚处于初始阶段, 但已经取得了一些重要进展。 当前蛋白质组学的主要内容是, 在建立和发展蛋白质组研究的技术方法的同时, 进行蛋白质组分析。 对蛋白质组的分析工作大致有两个方面。 一方面, 通过二维凝胶电泳得到正常生理条件下的机体、组织或细胞的全部蛋白质的图谱, 相关数据将作为待检测机体、组织或细胞的二维参考图谱和数据库。 一系列这样的二维参考图谱和数据库已经建立并且可通过联网检索。 二维参考图谱建立的意义在于为进一步的分析工作提供基础。 蛋白质组分析的另一方面, 是比较分析在变化了的生理条件下蛋白质组所发生的变化。 如蛋白质表达量的变化, 翻译后修饰的变化, 或者可能的条件下分析蛋白质在亚细胞水平上的定位的改变等。 关于蛋白质组学的介绍可参阅文献［5,6］。
细胞或组织的蛋白质不是杂乱无章的混合物, 蛋白质间的相互作用、相互协调是细胞进行一切代谢活动的基础。 蛋白质间的相互作用及作用方式同样也是蛋白质组研究所面临的问题。 研究蛋白质间的相互作用有多种方法, 常用的如酵母双杂交系统、亲和层析、免疫沉淀、蛋白质交联等。 其中, 酵母双杂交系统是当前发展迅速、应用广泛的主要方法。
