热蛋白质组学（TPP）获HUPO大奖，该技术魅力何在？

10月20日下午，人类蛋白质组组织（HUPO）大会公布了2024年HUPO Awards。其中蛋白质组科学发现奖（Discovery in Proteomic Sciences  Award），颁发给了热蛋白质组分析（TPP）技术开发科学家Mikhail Savitski。

根据HUPO页面发布的信息介绍，热蛋白质组分析（Thermal Proteome Profiling, TPP）是首个能够在整个蛋白质组范围内，无偏倚识别药物的蛋白靶点的技术方法。TPP结合了细胞热转移原理和多重定量蛋白质组学，来测量蛋白质在整个蛋白组层面上的的热稳定性变化，这使药物靶点和非靶点的识别成为可能。

在技术原理上，由于蛋白质的热稳定性受到与其结合分子（如药物、配体等）的影响。当蛋白质与其他分子结合时，蛋白质构象往往会发生改变，而这也会导致其热稳定性发生变化。因此，在热蛋白组学分析中，细胞在一系列不同温度下处理后，非靶蛋白在热处理后发生沉淀，通过质谱分析在每个温度下上清中的蛋白，比较药物处理组和对照组的数据，丰度显著变化的蛋白即为药物直接相互作用的蛋白。

图2 、热蛋白组学（TPP）示意图

此外，等温热迁移（Isothermal shift assay，iTSA）是基于TPP衍生的一种热蛋白组学技术。与TPP不同在于，iTSA只选择一种最适温度条件来检测蛋白质的稳定性（温度的选择基于目的蛋白）。在iTSA实验中，细胞样本在药物处理后，在特定温度下进行热处理，通过质谱分析上清中的蛋白，比较药物处理组和对照组的数据，丰度显著变化的蛋白即为药物直接相互作用的蛋白。

图3、等温热迁移（iTSA）示意图

值得注意的是，TPP的应用涵盖并超越了药物靶点发现。因为任何蛋白质的功能状态的变化，如蛋白质-蛋白质相互作用的变化，蛋白质-代谢物相互作用的变化、蛋白质-核酸相互作用的变化和蛋白质翻译后修饰的变化等，都会反映在蛋白质热稳定性的变化中，从而可以被TPP鉴别出来。

一系列文献及应用进展中体现了TPP也能够处理各种生物学问题，包括真核细胞周期的研究，以及代谢物的非代谢功能的解析等。如下图所示，星孢菌素（Staurosporine）是一种泛激酶抑制剂，在热蛋白组学实验中，相比于对照组，加药处理组细胞上清中有75个蛋白显著上调，其中60个为激酶蛋白（红色标记），提示热蛋白组学可有效识别药物靶蛋白。

图4、热蛋白组学药物靶蛋白研究案例

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