蛋白質(zhì)組學(xué)是一個研究領(lǐng)域，盡管已經(jīng)進入了第四個十年，但它實際上仍處于發(fā)展的困境。蛋白質(zhì)組學(xué)的使命宣言是表征所有蛋白質(zhì)，而隨著液相色譜-質(zhì)譜（LC-MS）系統(tǒng)，功能和可及性的當(dāng)代更新，這只是一線希望。但是，任務(wù)艱巨。取決于人們?nèi)绾畏治鋈祟惖鞍踪|(zhì)組的潛在大小，可能有100萬個或更多的蛋白質(zhì)從我們提出的20,000個左右的基因中衍生出來。盡管據(jù)一些估計，大約有10,000種蛋白質(zhì)參與正常的體內(nèi)平衡維持，但是除了翻譯后修飾，細胞類型特異性功能和與疾病相關(guān)的單核苷酸多態(tài)性外，蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)化也保持不變。這種差異指出了從相對有限和外接的代碼中產(chǎn)生具有即時但短暫的生物學(xué)功能的多種分子的動態(tài)和復(fù)雜性，并指出了染色體單元內(nèi)結(jié)合的遺傳指令與其后代之間在概念上的差異，可以在整個生物學(xué)過程中自由地相互融合系統(tǒng)。擬議的所有這些特征的描述，包括它們的亞細胞定位，相互作用，結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)和活性，對蛋白質(zhì)組學(xué)領(lǐng)域而言是無限的弧線。
LC-MS在蛋白質(zhì)組學(xué)中的普及很大程度上是技術(shù)創(chuàng)新追趕大創(chuàng)意的故事，并且與二維凝膠電泳和微陣列研究等傳統(tǒng)技術(shù)所限制的情況相比，LC-MS的應(yīng)用已大大拓寬了領(lǐng)域。原則上，針對蛋白質(zhì)組學(xué)優(yōu)化的質(zhì)譜儀由四個部分組成：
離子源；
質(zhì)量分析儀，用于測量離子化分析物的質(zhì)荷比（m / z）；
一種以給定的m / z比定量離子的檢測器；和
基于MS光譜的識別感興趣離子并獲得結(jié)構(gòu)信息的分析算法
電離和質(zhì)量分析器系統(tǒng)的變化適用于不同的蛋白質(zhì)組學(xué)策略。最常見的兩個電離平臺是電噴霧電離（ESI）和基質(zhì)輔助激光解吸/電離（MALDI）。前者的發(fā)明為田中浩一（Koichi Tanaka）獲得了2002年諾貝爾化學(xué)獎，這是由于他對革命性的“自下而上”和高通量蛋白質(zhì)組學(xué)（通常與離子阱或Orbitrap質(zhì)量分析儀結(jié)合使用）做出的貢獻。質(zhì)譜分析儀的內(nèi)在靈敏度，分辨率，準確性和獲得片段化肽段獨特光譜的能力各不相同。分析儀平臺包括四極桿，傅立葉變換離子回旋共振和飛行時間（TOF）。 MALDI-TOF分析通常用于較小規(guī)模的蛋白質(zhì)組學(xué)研究中，以表征蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)。
對于廣泛的，以發(fā)現(xiàn)為導(dǎo)向的蛋白質(zhì)組學(xué)分析，研究人員傾向于“自下而上”的方法。在這種策略中，生物樣品（例如細胞提取物或動物組織）中的蛋白質(zhì)被消化成較小的肽，進行分餾，然后進行LC-MS采集m / z和強度測量結(jié)果，從而產(chǎn)生明顯的質(zhì)量指紋。在串聯(lián)質(zhì)譜（MS / MS）系統(tǒng)中，其他肽段測序可以增強初始有效性和可信度。根據(jù)肽譜，研究人員可以推斷出蛋白質(zhì)的身份，根據(jù)峰強度可以量化起始樣品中的相對豐度。利用可以鏈接到MS光譜數(shù)據(jù)庫的分析算法，可以將該過程自動化到一定程度。由于當(dāng)前儀器的靈敏度可以低至attomolar（10-18 mol）的濃度，因此可以廣泛而可重復(fù)地覆蓋相當(dāng)全面的快照功能蛋白質(zhì)組。
近年來，使用LC-MS的蛋白質(zhì)組學(xué)作為一種簡化藥物開發(fā)流程的手段，對制藥業(yè)以及為識別基于小分子的治療藥物的新的潛在先導(dǎo)化合物的學(xué)術(shù)研究人員，已變得極為有吸引力。制藥管道的總體流程如下：
目標ID和驗證
領(lǐng)先一代
潛在客戶優(yōu)化
從動物研究到一期臨床試驗的臨床前開發(fā)
從第一階段到第二階段和第三階段的臨床開發(fā)和批準
學(xué)術(shù)方法更為隨意，通常涉及高通量化學(xué)篩選以首先鑒定具有有趣生物學(xué)功能的新分子，然后進行各種經(jīng)驗研究以嘗試確定其蛋白質(zhì)靶標。預(yù)計大多數(shù)研究用新藥會在藥品銷售渠道的某個地方失敗，但如果公司在以后的試驗階段失敗，則可能會損失數(shù)千萬美元的資金。通過一種稱為CETSA-MS的新興蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，制藥公司可以在開發(fā)的早期就做出不做決定，以免浪費時間和金錢，而且學(xué)術(shù)研究人員可以放心地更快地確定目標。細胞熱位移分析（CETSA）依賴于與與其同源靶蛋白結(jié)合的分子或配體相關(guān)的焓的增加，從而賦予了抵抗高溫的構(gòu)象穩(wěn)定性。與LC-MS結(jié)合使用，這是一種“自下而上”的蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，其中通過質(zhì)量標簽標記分離的蛋白質(zhì)，從而可以并行鑒定和定量數(shù)千種蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)解鏈溫度的升高對應(yīng)于潛在的靶向事件，并且迭代分析可以依次縮小潛在靶標的范圍以定義靶標參與。同樣重要的是，該分析可以識別出意料之外的蛋白質(zhì)的脫靶結(jié)合事件。
通過這種方式，研究人員例如已經(jīng)闡明了一種機制，該機制對與幾種類型的癌癥有關(guān)的一種名為間變性淋巴瘤激酶（ALK）的蛋白質(zhì)的小分子抑制劑具有化學(xué)抗性。首先，一項CETSA研究證實了抑制劑克唑替尼靶向ALK蛋白。其次，CETSA-MS在表達高水平稱為β-catenin的蛋白質(zhì)的細胞亞群中發(fā)現(xiàn)了競爭作用，這種蛋白質(zhì)干擾了Crizotinib-ALK的結(jié)合，使其作用降低。由于蛋白質(zhì)組學(xué)研究的這種簡單力量，制藥公司將研究和開發(fā)資源用于建立和增強其CETSA-MS功能，而學(xué)術(shù)生物醫(yī)學(xué)研究機構(gòu)也在其蛋白質(zhì)組學(xué)核心內(nèi)開發(fā)專用的CETSA-MS設(shè)施。此外，諸如Pelago Bioscience之類的基于合同的公司正在提供基于CETSA的服務(wù)，用于發(fā)現(xiàn)目標ID和/或確認，脫離目標發(fā)現(xiàn)，路徑反卷積和作用方式研究。這些技術(shù)和服務(wù)處于蛋白質(zhì)組學(xué)革命的前沿。
