修饰组学与蛋白组学的定义

• 修饰组学：主要研究蛋白质的翻译后修饰（Post-translational modifications，PTMs），即蛋白质氨基酸序列的特定位置与化学基团或小分子量蛋白共价结合的过程，常见的修饰类型包括磷酸化、乙酰化、泛素化、甲基化等通过修饰组学可以对蛋白质修饰状态进行定性定量分析，获得不同处理或不同生理、病理状态下的蛋白修饰差异
• 蛋白组学：是指对细胞、组织或生物体中全部蛋白质的组成、结构、功能及其相互作用进行系统研究的科学，通过分析蛋白质的表达水平、丰度变化等，来揭示生命活动的规律和疾病发生的机制

修饰组学与蛋白组关联分析的意义

• 揭示调控机制：在生物体内，蛋白质的翻译后修饰可以改变蛋白质的理化性质，进而影响其空间构象、活性状态、亚细胞定位、折叠稳定性以及蛋白互作等。通过关联分析，可以深入了解蛋白质修饰如何调控蛋白质的功能，以及这些调控在细胞信号转导、细胞分化、细胞免疫、转录调控等细胞过程中的作用
• 疾病研究与标志物筛选：在疾病状态下，蛋白质的表达水平和修饰水平往往会发生变化。关联分析可以帮助识别与疾病相关的蛋白质和修饰位点，为疾病的诊断、治疗和预后提供潜在的标志物和药物靶点。例如，在同一处理下，某蛋白质丰度并未发生变化，而该蛋白对应的修饰水平显著变化，说明该蛋白在当前处理下倾向于通过修饰水平变化影响蛋白活性而不是通过蛋白质丰度变化应对外界刺激。
• 完善生物网络模型：蛋白质和其修饰位点构成了复杂的生物网络，关联分析可以构建更全面的蛋白质相互作用网络和信号传导通路，帮助我们更好地理解生物系统的整体性和复杂性

修饰组学与蛋白组关联分析的方法

• 数据整合：将修饰组学和蛋白组学鉴定到的蛋白进行整合，提取相关信息，如蛋白质的表达量、修饰位点、修饰类型等
• 蛋白互作网络分析：将整合后的数据与STRING蛋白网络互作数据库比对，提取高置信度的蛋白集合互作关系，利用Cytoscape软件对蛋白互作网络进行可视化。然后使用MCODE插件挖掘网络中具有高连通性的模块，对模块中的蛋白进行功能富集分析，标记出每个模块可能参与的关键生物过程
• 差异分析与功能富集：通过比较不同处理或不同生理、病理状态下蛋白质的表达水平和修饰水平的变化，筛选出差异蛋白和差异修饰位点。然后进行GO富集分析、KEGG通路富集分析等功能注释，了解这些差异蛋白和修饰位点参与的生物学过程和信号通路
• 相关性分析：计算蛋白质表达水平与修饰水平之间的相关性，分析它们之间的正相关、负相关或无相关等关系。例如，可以使用九象限图或Venn图对蛋白组与修饰组的差异蛋白分布情况进行展示

应用案例

• 癌症研究：在癌症研究中，蛋白修饰关联分析可用于癌症分子分型。通过对肿瘤组织和正常组织的蛋白组和修饰组进行分析，发现不同分型的癌症具有不同的蛋白质表达和修饰特征，从而为癌症的精准诊断和治疗提供依据。
• 神经退行性疾病研究：有研究通过分析阿尔茨海默氏症患者的基因组学和大脑蛋白质组学数据，发现有十几个基因通过改变大脑中相关蛋白质的表达水平来影响该病的发展