利用蛋白质组学研究癫痫患者的蛋白质和磷酸化变化在线调查

癫痫是第二大最常见的神经系统疾病，困扰着所有年龄段的人的身心健康，被世界卫生组织列为全球重点关注的五大神经精神疾病之一。癫痫的发病机制复杂，一般认为遗传因素起主要作用。

蛋白质组学是癫痫研究中的一个新兴领域，重点研究蛋白质及其在疾病背景下的功能。蛋白质在各种细胞过程中起着至关重要的作用，并参与癫痫的发展和进展。通过使用各种蛋白质组学技术，如质谱，研究人员旨在确定与癫痫相关的大脑中蛋白质的水平、表达和修饰的变化。这些信息可以用来更好地了解疾病的潜在机制，开发新的诊断标志物，并确定新的治疗靶点。此外，与传统的遗传学研究相比，蛋白质组学有可能为癫痫的复杂性提供更全面的视角，传统的遗传学研究只检查有限数量的基因。因此，蛋白质组学对于提高我们对癫痫的认识和改善受这种使人衰弱的疾病影响的人的生活有很大的希望。

病例1:早发性遗传性癫痫患者神经网络的改变^(1）

本文利用蛋白质组学和phosphoproteomics基于质谱技术检测CDKL5蛋白缺失诱导分化的神经元中异常的蛋白表达变化和磷酸化变化。通过高通量药物筛选平台选择了几种可以挽救CDD异常神经网络的药物。整体研究揭示了遗传性癫痫的细胞、分子和神经网络机制，这可能最终为患者带来新的治疗机会。

蛋白质组学和磷蛋白质组学样本包括神经祖细胞(NPCs)、皮质样器官、神经元细胞及其各自的对照组样本。蛋白质组学定量了6505个蛋白质，其中微管过程中富集的下调蛋白(23个蛋白质)。差异蛋白IPA分析表明CDD的细胞活性和神经元发育受损。通过评估体外细胞计数随时间的变化，作者观察到与对照组相比，CDD神经干细胞增殖缓慢，细胞周期也发生了变化。此外，还观察到DNA断裂、线粒体去极化和caspase活性的增加，表明细胞死亡增加。

CDD祖细胞增殖和活力的改变。

c火山图。d ClueGO分析。e匠心途径分析(IPA)。f具有代表性的相位对比图像。g与对照组相比，处于细胞周期不同阶段的细胞百分比。h与对照组相比，CDD npc的细胞死亡分析。

磷酸化蛋白质组学揭示了CDD神经元发育和mTOR激活的变化。在神经元中，共鉴定和定量了1485个蛋白质中的4115个磷酸化肽。在皮质样器官中，共鉴定和定量了2212种蛋白质中的6769个磷酸化肽。上调磷酸化肽的Motif分析观察到pSXXE的过表达，这是一个被嗜酸性激酶如CK2磷酸化的位点。IPA分析和激酶富集分析显示，已知被CK2磷酸化的蛋白质在CDD神经元中增加，表明CK2过度激活。磷酸化蛋白质组学分析还揭示了CDD神经元和类器官中一些异常调控的磷酸化蛋白，如微管相关蛋白、脑功能衰竭反应调节蛋白家族蛋白和细胞骨架组织蛋白。总的来说，神经元和类器官中的磷酸化蛋白在神经发生、形态、迁移、突触发生和神经传递的条目中富集。此外，在神经元磷酸化蛋白质组学分析中发现了mTORC1通路的富集。氨基酸饥饿实验也证实了mTORC1通路的激活。

蛋白质组学和磷蛋白质组学分析揭示了CDD神经细胞中mTOR的改变。

作者使用蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学来揭示CDKL5缺陷(CDD)脑细胞中受CDKL5突变影响的潜在下游分子和途径，并描述与分子改变相关的细胞和功能表型。

神经发育迁移途径的蛋白质组学^（2）

颗粒细胞弥散(GCD)是内侧颞叶癫痫(MTLE)患者海马区常见的病理特征。本研究的目的是比较8例MTLE合并GCD患者海马基底细胞和分散颗粒细胞的蛋白质组，以确定MTLE中可能介导GCD的蛋白质。

冷冻海马样本用于蛋白质组学研究。样品采用溶液中胰蛋白酶消化变性，并准备MSe无标记定量蛋白质组学。通过搜索UniProt参考人蛋白组和添加猪胰蛋白酶序列进行蛋白鉴定。然后进行生物信息学分析。

定量蛋白质组学鉴定出1882种蛋白质，其中29%仅存在于基底颗粒细胞中，17%仅存在于分散细胞中，54%同时存在于两个样本中(图B)。

基于层次聚类,一些类似的蛋白质表达的变化观察年轻群体之间的两种情况(E1和E2)和三个年纪较大的情况下,E5, E6和E8(图C)。常见的神经标记如MAP2、钙结合蛋白和calreticulin MTLE检测样品(图D)。火山地块(图E、H)对数2褶皱变化日志P值这些蛋白质表达的分散和基底样品或年轻和老军团。图中以差异显著且变化超过1.5倍的蛋白为例(P < 0.05)。图F和图G中每种蛋白质的丰度在基础和分散样本之间，以及在年轻和老年队列之间进行了比较。蛋白质仅在一个队列中唯一表达，蛋白质表达量比比较队列显著增加1.5倍(折叠变化> 1.5,P < 0.05)，产生分散、基础、年轻和年老的集群。每个聚类被提交到生物信息学平台进行基因本体和通路分析。网络图显示了小gtp酶介导的信号转导中的蛋白质(图F)和核糖体注释簇(图G)之间的联系。离散簇和基础簇中的蛋白质都明显参与了许多通路(图I,J)。

本研究的一个关键发现是鉴定了特异性参与轴突引导的蛋白质(包括β-肌肉生长抑制素，生长相关蛋白43，突触后密度蛋白95,profilins)，肌动蛋白细胞骨架的调节(细胞质fmr1相互作用蛋白)。来自GCD病例的分散DGCs中的细胞骨架和突触重构(DPYL2， α -突触蛋白，突触标记物1，突触素II和statmin1)，以及Rho GTPases，信号(RhoA, Cdc42, Rac1，脑特异性血管生成抑制剂，Rho GTPases激活蛋白)。这些过程在神经发育和成年哺乳动物大脑的神经源性壁龛中活跃。与对照组相比，MTLE患者DPYL2(也称为崩溃反应中介蛋白2,CRMP2)的表达增加，这是一种细胞质磷蛋白，在海马神经发生和神经元迁移过程中结合微管并促进神经突生长。

参考文献

1. 黑人，普莉希拉·D等人。“来自早发性遗传癫痫患者的人类神经元的改变网络和拯救。”分子精神病学26.11(2021):7047-7068。
2. 刘，琼YW，等。人类颞叶癫痫中的颗粒细胞分散:神经发育迁移途径的蛋白质组学研究。细胞神经科学前沿14(2020):53。