基于定量蛋白质组学技术对Caspase-2，-8，-9，-10在细胞凋亡中的作用底物的系统性研究

Caspase protease is considered to be one of the mediator and executor in mammalian cell apoptosis. However, due to the initiator caspase is not directly involved in protein hydrolysate which can lead to cell death, the research on initiator caspase is relatively small, especially no study of systematic comparative all initiator caspases (caspase- 2, -8, -9, and -10). The unique substrates and cleavage specificity of these four initiator caspases are unclear, which limits the further understanding of the biological functions of these initiator caspases. In this project, we will use quantitative proteomics and degradomics approach to systematically characterize these four initiator caspases. We will systematically compare the protein level’s change after knocking out these caspase genes. Further we will perform large-scale identification of the substrates and cleavage specificity of these four initiator caspases and analyze their related biological functions. Our research will be the first global high-throughput screening for substrates and cleavage specificity of all initiator caspases, which will provide a stepping stone for understanding the molecular mechanism and the correlation between each initiator caspases in the process of cell apoptosis. This study will provide important clues and theoretical basis for caspase-related diseases and drug’s research.

Caspase蛋白酶是哺乳动物细胞凋亡的介导者和执行者之一，然而由于凋亡启动子并没有直接参与水解蛋白而导致细胞凋亡的作用，因此人们对凋亡启动子的研究相对较少，更没有对全部caspase-2，-8，-9，-10这四种凋亡启动子进行全面系统性的对比研究。各凋亡启动子所独有的底物、酶切规律仍然很不明确，这极大的限制了对各凋亡启动子参与细胞凋亡的精细调控机制的认知。本项目将利用定量蛋白质组学技术以及降解蛋白质组学技术对该四种凋亡启动子展开研究，系统性对比各凋亡启动子基因敲除后导致细胞体内全蛋白水平的变化情况，进一步系统性鉴定各凋亡启动子的酶切底物蛋白、酶切规律，分析其相关生物学功能等。本项目是首次系统性、大规模的对全部凋亡启动子进行对比研究，并将深入揭示各凋亡启动子参与细胞凋亡的精细调控机制及相互间的关联，从而为解析Caspase凋亡相关疾病的分子机制和相关治疗药物的研发提供重要线索和理论依据。

本项目利用定量蛋白质组学技术以及降解蛋白质组学技术对该四种凋亡启动子展开研究对比，系统性对比鉴定各凋亡启动子的酶切底物蛋白、酶切规律，分析其相关生物学功能等。在本项目的资助下，我们还将我们的工作拓展到了对蛋白质组学技术平台的深度优化以及临床应用方面。具体包括：1）解析了毛细管色谱柱加热在蛋白质组学应用中的优劣势；2）开发了全新的蛋白质组学常规用工具酶LysN纯化方案；3）设计开发了针对翻译后修饰解析的PTMiner分析程序。此外，基于蛋白质组学技术我们进行了药物和疾病的研究，包括：1）I型和III型干扰素机制差异的研究；2）绘制了大规模肺腺癌人群的多维分子图谱。此外，在本项目的资助下，我们设计并获得授权发明了一种色谱柱支架。该发明装置使用便捷快速，并且不需要对现有离子源进行改造，适用性广。进一步，我们将该专利实现了商品转化，目前该商品已经累计销售高于100台。整体来讲，在本项目的研究成果不仅提升了现有蛋白质组学的多项技术，还为进行了药物干扰素的研究和肺腺癌疾病的诊疗提供了重要资源和参考。