分享一篇2024年美国威斯康辛大学麦迪逊分校化学系的Lloyd M. Smith 和Ying Ge教授为通讯作者的Top-Down proteomics 综述，该文章联合了多位Top-down 领域的专家学者，发表于Nature Reviews Methods Primers，系统阐释了Top-down Proteomics（TDP）的实验方法，应用实例以及面临的挑战。
中心法则描述了信息从 DNA 流向mRNA，最终转化为执行生物学功能的蛋白质的过程。大量的 proteoforms 形成了化学性质多样的蛋白质家族。Proteoforms 的产生源于翻译后修饰（PTMs）、RNA 可变剪接以及遗传变异（图 1a）。因此，全面了解 proteoforms 对于理解生物系统以及建立基因型和表型之间的联系至关重要。然而，可能存在的 proteoforms 数量远超基因数量，这带来了分析上的挑战。目前，Top-Down 蛋白质组学（TDP）已经成为了全面研究蛋白分子形式的最强大技术，它通过Top-Down质谱（TDMS）实验，不需要酶切，直接分析完整的蛋白质，以提供 proteoforms的全局视角。TDMS 实验需要同时进行准确的完整分子质量测量（“top” 部分）和气相分子的可控碎裂（“down” 部分）。与TDP不同，Bottom-up蛋白质组学（BUP）需要对蛋白质进行充分酶解，得到通常小于 3 kDa 的肽段。目前 BUP 比 TDP 应用更广泛，因为肽段比蛋白质更易于分离、电离和碎裂。然而，BUP 存在固有的局限性，每个蛋白质只能检测到有限数量的肽段，且蛋白质序列覆盖率通常较低。这导致在绘制序列变异和翻译后修饰图谱时，proteoforms 信息及其关联性会丢失。BUP 的另一个局限性是无法推断不同 proteoforms 上修饰的不同组合。捕捉这种组合信息对于理解 proteoforms 的功能和调控至关重要（图 1b）。
TDP是目前唯一能够确定proteoform 分子形式特征并量化其丰度的技术。proteoform 的重要性及其作为细胞、环境或生物系统健康标志物的潜在作用，意味着 TDP 技术有望继续快速发展。需要解决的两个关键领域是改进复杂proteoform 混合物的深度表征和大分子量proteoform 的鉴定和表征。通过将自上而下的数据与其他数据类型（包括基因组和转录组序列、BUP 和糖组学）相结合，存在诸多机遇。尽管 proteoform 提供了对细胞过程的独特见解，但仅凭其自身无法提供生物学解释。需要将 proteoform 与相关的可测量输出(例如转录物和代谢物)联系起来，并破译生物学的基本原理。随着单细胞蛋白质变体测量技术的迅速发展，相关技术将进一步拓展。这些令人振奋的多组学进展有望带来生物学预测和调控的新时代。