蛋白質組學以及磷酸化組學都是目前應用非常廣泛的高通量組學技術，但在以往的研究中，通常是二選一的模式，從蛋白質層面或者磷酸化蛋白質層面單獨展開研究。

隨著蛋白質組學和磷酸化組學的關聯分析逐漸被應用，兩個層面的變化差異遠比我們想象的要顯著。為幫助大家更好地認識到蛋白質功能研究的意義以及準確選擇研究方法，我們深入總結出蛋白質組與磷酸化組學聯合的意義、方法以及結果，希望給即將開展的老師提供幫助。

從蛋白質功能層面進行研究，需要從蛋白質組和磷酸化蛋白質組兩個層面同時進行開展的理由如下：
單一磷酸化蛋白質組學研究方法，無法觀測到蛋白質本底的變化
案例：Multi-layered proteomic analyses decode compositional and functional effects of cancer mutations on kinase complexes.
NATURE COMMUNICATIONS | (2020)

作者以腫瘤驅動基因Dyrk2為例，利用了DIA/SWATH蛋白質組學、DIA/SWATH磷酸化蛋白質組學等多層組學技術，系統揭示了Dyrk2基因突變是如何影響下游蛋白質表達及磷酸化修飾的分子機制，發現磷酸化而非蛋白質組在宿主擾動過程中起到了關鍵的作用。

蛋白層面和磷酸化層面均參與調控生物學過程，共同影響生物學功能
案例：Sleep-wake cycles drive daily dynamics of synaptic phosphorylation.
Science. 2019

在該篇關于晝夜節律變化的研究顯示：前腦突觸神經元中的磷酸化修飾變化明顯獨立于蛋白豐度的變化，且磷酸化水平的平均振幅比蛋白質水平的平均振幅大10倍。說明節律擾動的蛋白組與磷酸化組差異相互獨立，共同在基礎生理功能中起到調控作用。

圖2 晝夜節律變化中的蛋白質組與磷酸化組擾動情況

類似文章案例在腫瘤、神經、發病機制研究等等領域中還有很多，因此蛋白質組+磷酸化蛋白質組可謂是蛋白質水平上進行機理研究的“黃金搭檔”。兩者聯合可從更多維度分析生物反應的機制，通過對修飾位點的挖掘更好地解釋表型背后的分子調控網絡。二者聯合使用，總結起來有以下三點優勢：

基于以上研究目標，中科新生命特推出黃金組合——“蛋白質組+磷酸化蛋白質組聯合分析”

通過上述組合選擇，配合下方數據，對于“多維”蛋白質功能研究一定有更加系統和全面的認識。

#01 蛋白質組學和磷酸化組學整合功能/通路富集分析——從更全面的角度剖析調控網絡及機制

從上圖可以看到蛋白質組（○）與磷酸化蛋白質組（△）的KEGG富集通路存在很大差異。其中，蛋白質組與磷酸化組分別具有特異的富集通路，同時兩者也存在共同富集的通路 該分析從全局角度展示了蛋白表達與修飾調控通路的異同。

#02 蛋白表達與位點修飾差異比較分析——區分表達與修飾誰起主導調控作用
單獨的磷酸化組學檢測不能區分修飾的差異是由本身修飾程度差異還是蛋白本底表達差異造成的。通過兩個組學結果的結合展示（如下表），可以同時給出蛋白修飾層面的差異倍數以及蛋白表達差異倍數，從而區分位點磷酸化修飾的特異性。

#03 激酶注釋及激酶底物整合分析——挖掘調控網絡的關鍵節點。
激酶在磷酸化修飾過程中起到了非常核心的調控作用。激酶的表達、激酶的磷酸化修飾水平的改變會直接調節其它激酶和下游蛋白底物的磷酸化修飾程度。從下圖的蛋白互作網絡分析圖表可以看到，激酶Ckd1在網絡中具有較高PPI degree值，說明它占到比較核心的調控節點作用。

定量蛋白質組與磷酸化蛋白質組關聯分析已成為CNS發文熱點，兩者關聯分析也是越來越深入。如何將二者更好的聯合分析對于基礎科研顯得尤為重要。