二维色谱—质谱技术在金属化合物诱导蛋白表达差异研究中的应用

Some metals are essential for organisms. Deficiency or excess of these metals results biotoxicity. Exposure to toxical heavy metals can induce and repress the expression of some metal-containing or other related proteins, which cause negative effects to human health. Information of quantification of total concentration of metals and speciation of organometals is insufficient to explain the mechanism of enrichment and toxication in organisms. Study on differential expression of proteins after exposure to toxic metals and identification of differentially expressed proteins are useful for solving the problems. In this project we will establish several hyphenated systems including two dimensional liquid chromatography and two dimensional electrophoresis with ICP-MS and MALDI-ESI-MS. After exposing to toxic metals we will separate, quantitate and identify metal-contain proteins in model animals and cells, find out the different protein expression signatures for each pollutant and explore the absorption, transportation,pathway of metabolism of toxic metals as well as the interaction between metals and biomacromolecules in order to reveal the influence and toxic mechanisms of exogenous toxic heavy metals from molecular especially protein levels.

部分金属是生物体必需元素，生物体内这些元素的缺失或富集均可导致生物毒性，有毒金属污染物也会导致某些金属蛋白和其他蛋白的表达差异，对生物和人体健康产生严重的威胁。单纯的总量测定和小分子有机金属化合物的形态分析难以解释有毒金属等污染物在生物体中的富集现象和致毒机理，而生物体经金属污染物暴露后的蛋白差异表达和金属结合蛋白的分离、鉴定将有利于揭示这些问题的本质。本项目将针对环境中有毒金属污染物开展以细胞及生物体为模型的暴露实验，建立2D-LC、2-DE与ICP-MS、MALDI-TOF-MS和ESI-MS联用的分析测试系统，对细胞及生物体相关靶器官内金属蛋白的分离和鉴定、生物体内蛋白的表达差异以及金属等污染物在生物体内的吸收、迁移转化、代谢途径、与生物大分子的相互作用等进行研究，从而从分子水平，特别是蛋白质水平揭示外源性有毒金属化合物对生物体生理功能的影响和致毒机理。

蛋白质是一切生命的物质基础，是一切生命活动的体现者和主要承担者。污染物与蛋白质的相互作用，是其对生物体产生毒害作用的主要途径。从蛋白质水平研究金属结合蛋白和金属诱导表达差异蛋白可以从本质上揭示外源性有毒金属对生物体产生毒性效应的致毒机理。.本项目建立了中心切割-2D-HPLC、2-DE和IMAC与ICP-MS、LTQ-FT-MS、MALDI-TOF-MS联用分析测试系统，对生物样品及暴露细胞中金属结合蛋白和金属调控蛋白进行分离和鉴定，研究金属及其化合物在生物体内的迁移转化、代谢途径、与生物大分子的相互做用；通过对比摄入金属化合物前后生物体或细胞内的蛋白差异表达，考察金属离子影响的蛋白功能和信号通路，从分子水平上阐述其作用途径及可能对人体健康造成的影响。.建立了2D-HPLC-UV-ICP-MS 联用方法，采用排阻色谱-阴离子交换色谱串联的中心切割-2D色谱分离方法研究了健康人体血浆中的汞结合蛋白，发现人血浆中绝大部分的汞都是以与蛋白结合的形式存在，该蛋白为人血清白蛋白；利用2-DE与质谱技术从汞调控蛋白的角度研究了汞对SK-N-SH细胞的神经毒性作用机理，结果表明，受汞调控的蛋白主要是一些具有结合活性，催化活性和结构分子活性的蛋白，代谢通路分析显示，这些蛋白主要富集到RNA剪接过程；建立了IMAC-ICP-MS分离汞结合蛋白的方法，并结合SDS-PAGE和MALDI-TOF-MS方法对汞结合蛋白进行了进一步分离和鉴定，发现汞结合蛋白主要是一些具有转录调控活性、结合活性和结构分子活性的蛋白；采用放射免疫分析法、2-DE、MALDI-TOF-TOF-M S法通过激素水平和蛋白质表达的变化对经有机锡暴露的H295R细胞的内分泌干扰效应及毒性作用机制进行了研究，结果发现，丁基锡化合物可影响H295R细胞的激素水平及相关基因的表达，对细胞蛋白表达的影响主要体现在能量代谢、细胞凋亡及信号传导等。.在本项目的支持下，已发表SCI收录杂志论文6篇，另有3篇论文正在整理当中，书籍章节1章，会议论文12篇。