Science：蛋白質組學揭秘晚更新世哈爾濱人顱骨屬于丹尼索瓦人_abio生物試劑品牌網
丹尼索瓦人是主要通過基因組數據發現的古人類群體，主要分布在亞洲，但由于相關遺骸基本都為稀疏牙齒、骨頭碎片、指骨和部分顱骨碎片等，缺乏完整的形態學特征，難以用來研究不同古人類群體的全貌。根據已有的研究推斷，丹尼索瓦人在東亞地區分布更為廣泛，且在這些地區確實已經出土了大量中晚更新世的古人類標本，其中徐家窯、哈爾濱出土的顱骨標本相對完整，形態學信息更加豐富，根據年齡、地理位置和古生物學特征判斷，極有可能是丹尼索瓦人，但仍缺乏切實與直接的研究證據。
Fig.1A Map of geographic locations and the hominin specimens studied by palaeoproteomic analysis
中國科學院古脊椎動物與古人類研究所付巧妹團隊與河北地質大學季強團隊合作，基于質譜技術，對河北地質大學博物館收藏的哈爾濱古人類頭骨樣本進行了深入的古蛋白質組學研究，該頭骨的年代至少為14.6萬年前。使用 PEAKS? Online軟件中de novo輔助的DB search、PTM和SPIDER分析，共發現了95種內源性蛋白質，122個氨基酸突變位點，結合系統發育分析共同揭示了該標本歸屬于丹尼索瓦人，而此前的研究將其劃分為“Homo longi”新物種。近日，該研究成果已正式發表在 Science雜志上，題為“ The proteome of the late Middle Pleistocene Harbin individual”，填補了形態學和分子證據之間的空白，增強了我們對丹尼索瓦人的時空分布和進化歷史的理解。
研究結果
內源性蛋白組鑒定
提取標本中的蛋白質，經質譜檢測和PEAKS ? Online分析，共鑒定出308,458個PSMs和20,455條肽 [1]，然后基于肽段強度計算谷氨酰胺（Q）和天冬酰胺（N）的脫氨值，以此評估該個體中是否存在古蛋白質。結果有59個蛋白質同時具有可信的Q和N脫酰胺值，對這59個蛋白質進行聚類分析，以區分內源性蛋白質和污染蛋白質（Fig. 2A）。角蛋白和胰蛋白酶等8種蛋白質被視為污染物排除（Fig. 2A中的第1組）。其余51種蛋白質顯示脫酰胺值升高（Q脫酰胺范圍22.56-100%,N脫酰胺范圍17.97-100%）（Fig. 2A中的第2/3/4組），被認為是真正的古蛋白質。此外，其他48個僅包含Q或N脫酰胺的蛋白質中有44個顯示出可靠的Q/N脫酰胺值。因此，共檢測到95個脫酰胺值顯著升高的蛋白質，被認為屬于哈爾濱個體的內源蛋白質組。這95個蛋白質的主要組成包括68.4%的基質蛋白和12.6%的非基質血漿蛋白（Fig. 2B），這與保存完好的骨骼標本中描述的相當 [2]。
在14.6萬年前的哈爾濱人顱骨中檢索到的95種蛋白質和多達19,299條多肽（Fig. 1B），不僅增加了從可追溯到10萬年以上的原始人中鑒定的蛋白質組庫。與先前發表的古蛋白質組學數據相比，本研究鑒定的多肽數遠遠多于同時代Xiahe1下頜骨(>16萬年前)、Xiahe2肋骨和Grotte du Renne骨碎片（Fig. 1B）。因此，本研究從哈爾濱古人類顱骨中構建了一個信息量很大的古人類蛋白質組庫。
Fig. 1B The protein and peptide counts identified from five specimens
Fig. 2. The proteomic profile of the Harbin cranium.
物種歸屬
為了在蛋白質組學層面確定哈爾濱個體的種群分配，作者統計了相較于現代人、尼安德特人、丹尼索瓦人、黑猩猩、大猩猩和猩猩的各自獨有的，包含突變氨基酸的多肽數量。從95個內源性蛋白質組中篩選出122個單氨基酸突變位點（SAP），表明哈爾濱顱骨和丹尼索瓦人之間存在顯著關聯（Fig. 3）。
Fig. 3. The SAP assignments for the Harbin cranium
種群分配
隨后，作者篩選了4個丹尼索瓦人特有的突變位點，比較了這四個位點分別在哈爾濱、夏河、澎湖和丹尼索瓦人標本中相對應的氨基酸。根據Table 1，可以確認哈爾濱個體顱骨的兩個雜合子位置：COL18A1 G1033R和COL26A1 R196G，及一個純合子COL4A3 R368H，均可以支持其屬于丹尼索瓦人種群。
系統發育重建
為了確定哈爾濱顱骨的更具體的分類學歸屬，作者重建了這些內源性蛋白質的共有序列以進行系統發育分析。對于哈爾濱顱骨的每種內源蛋白，如果滿足以下要求，則保留可靠的等位基因：PSM count ≥2、PSM ratio ≥10%、intensity ratio ≥10% [3]。用于系統發育分析的參考數據集是使用來自先前發表的高覆蓋率基因組的翻譯蛋白質序列構建的，包括丹尼索瓦 3、兩個尼安德特人、一個早期現代人、現代人類個體和一只黑猩猩。這兩個數據集的系統發育樹與核基因組中普遍接受的初級拓撲高度一致，即智人是包含尼安德特人和丹尼索瓦人的分支的姐妹群。這與基于形態學的系統發育分析形成鮮明對比，后者表明哈爾濱屬于智人分支的姐妹群，而不是尼安德特人。哈爾濱顱骨和丹尼索瓦人3形成一個高相關的單系群(Fig. 4)。這一結果與上述使用SAP的種群分配一致。
Fig. 4. Phylogenetic position of the Harbin cranium through Bayesian analysis (using the dataset with 64 pan-Africans). 文章小結
本研究首次將近乎完整的顱骨形態與丹尼索瓦人蛋白質組關聯，為丹尼索瓦人提供了首個綜合形態研究證據，解答了“丹尼索瓦人長什么樣”的問題。但仍然需要更多中晚更新世化石的分子采樣（尤其是古代DNA），以明確東亞丹尼索瓦人群體的分化、與其他古人類的互動及對現代亞洲人群的影響。
參考文獻
[1] L. Xin, R. Qiao, X. Chen, H. Tran, S. Pan, S. Rabinoviz, H. Bian, X. He, B. Morse, B. Shan, M. Li, A streamlined platform for analyzing tera-scale DDA and DIA mass spectrometry data enables highly sensitive immunopeptidomics. Nat. Commun. 13, 3108 (2022). doi:10.1038/s41467-022-30867-7
[2] E. Cappellini, L. J. Jensen, D. Szklarczyk, A. Ginolhac, R. A. R. da Fonseca, T. W. Stafford Jr., S. R. Holen, M. J. Collins, L. Orlando, E. Willerslev, M. T. P. Gilbert, J. V. Olsen, Proteomic analysis of a pleistocene mammoth femur reveals more than one hundred ancient bone proteins. J. Proteome Res. 11, 917–926 (2012). doi:10.1021/pr200721u
[3] P. P. Madupe, C. Koenig, I. Patramanis, P. L. Rüther, N. Hlazo, M. Mackie, M. Tawane, J. Krueger, A. J. Taurozzi, G. Troché, J. Kibii, R. Pickering, M. R. Dickinson, Y. Sahle, D. Kgotleng, C. Musiba, F. Manthi, L. Bell, M. DuPlessis, C. Gilbert, B. Zipfel, L. F. K. Kuderna, E. Lizano, F. Welker, P. Kyriakidou, J. Cox, C. Mollereau, C. Tokarski, J. Blackburn, J. Ramos-Madrigal, T. Marques-Bonet, K. Penkman, C. Zanolli, L. Schroeder, F. Racimo, J. V. Olsen, R. R. Ackermann, E. Cappellini, Enamel proteins reveal biological sex and genetic variability in southern African Paranthropus. Science 388, 969–973 (2025). doi:10.1126/science.adt9539
原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu9677
作為生物信息學的領軍企業，BSI專注于蛋白質組學和生物藥領域，通過機器學習和先進算法提供世界領先的質譜數據分析軟件和蛋白質組學服務解決方案，以推進生物學研究和藥物發現。我們通過基于AI的計算方案，為您提供對蛋白質組學、基因組學和醫學的卓越洞見。旗下著名的PEAKS??系列軟件在全世界擁有數千家學術和工業用戶，包括：PEAKS?? Studio，PEAKS?? Online，PEAKS?? GlycanFinder, PEAKS?? AB，DeepImmu?? 免疫肽組發現服務和抗體綜合表征服務等。 聯系方式：021-60919891；sales-china@bioinfor.com
Fig.1A Map of geographic locations and the hominin specimens studied by palaeoproteomic analysis
中國科學院古脊椎動物與古人類研究所付巧妹團隊與河北地質大學季強團隊合作，基于質譜技術，對河北地質大學博物館收藏的哈爾濱古人類頭骨樣本進行了深入的古蛋白質組學研究，該頭骨的年代至少為14.6萬年前。使用 PEAKS? Online軟件中de novo輔助的DB search、PTM和SPIDER分析，共發現了95種內源性蛋白質，122個氨基酸突變位點，結合系統發育分析共同揭示了該標本歸屬于丹尼索瓦人，而此前的研究將其劃分為“Homo longi”新物種。近日，該研究成果已正式發表在 Science雜志上，題為“ The proteome of the late Middle Pleistocene Harbin individual”，填補了形態學和分子證據之間的空白，增強了我們對丹尼索瓦人的時空分布和進化歷史的理解。
研究結果
內源性蛋白組鑒定
提取標本中的蛋白質，經質譜檢測和PEAKS ? Online分析，共鑒定出308,458個PSMs和20,455條肽 [1]，然后基于肽段強度計算谷氨酰胺（Q）和天冬酰胺（N）的脫氨值，以此評估該個體中是否存在古蛋白質。結果有59個蛋白質同時具有可信的Q和N脫酰胺值，對這59個蛋白質進行聚類分析，以區分內源性蛋白質和污染蛋白質（Fig. 2A）。角蛋白和胰蛋白酶等8種蛋白質被視為污染物排除（Fig. 2A中的第1組）。其余51種蛋白質顯示脫酰胺值升高（Q脫酰胺范圍22.56-100%,N脫酰胺范圍17.97-100%）（Fig. 2A中的第2/3/4組），被認為是真正的古蛋白質。此外，其他48個僅包含Q或N脫酰胺的蛋白質中有44個顯示出可靠的Q/N脫酰胺值。因此，共檢測到95個脫酰胺值顯著升高的蛋白質，被認為屬于哈爾濱個體的內源蛋白質組。這95個蛋白質的主要組成包括68.4%的基質蛋白和12.6%的非基質血漿蛋白（Fig. 2B），這與保存完好的骨骼標本中描述的相當 [2]。
在14.6萬年前的哈爾濱人顱骨中檢索到的95種蛋白質和多達19,299條多肽（Fig. 1B），不僅增加了從可追溯到10萬年以上的原始人中鑒定的蛋白質組庫。與先前發表的古蛋白質組學數據相比，本研究鑒定的多肽數遠遠多于同時代Xiahe1下頜骨(>16萬年前)、Xiahe2肋骨和Grotte du Renne骨碎片（Fig. 1B）。因此，本研究從哈爾濱古人類顱骨中構建了一個信息量很大的古人類蛋白質組庫。
Fig. 1B The protein and peptide counts identified from five specimens
Fig. 2. The proteomic profile of the Harbin cranium.
物種歸屬
為了在蛋白質組學層面確定哈爾濱個體的種群分配，作者統計了相較于現代人、尼安德特人、丹尼索瓦人、黑猩猩、大猩猩和猩猩的各自獨有的，包含突變氨基酸的多肽數量。從95個內源性蛋白質組中篩選出122個單氨基酸突變位點（SAP），表明哈爾濱顱骨和丹尼索瓦人之間存在顯著關聯（Fig. 3）。
Fig. 3. The SAP assignments for the Harbin cranium
種群分配
隨后，作者篩選了4個丹尼索瓦人特有的突變位點，比較了這四個位點分別在哈爾濱、夏河、澎湖和丹尼索瓦人標本中相對應的氨基酸。根據Table 1，可以確認哈爾濱個體顱骨的兩個雜合子位置：COL18A1 G1033R和COL26A1 R196G，及一個純合子COL4A3 R368H，均可以支持其屬于丹尼索瓦人種群。
系統發育重建
為了確定哈爾濱顱骨的更具體的分類學歸屬，作者重建了這些內源性蛋白質的共有序列以進行系統發育分析。對于哈爾濱顱骨的每種內源蛋白，如果滿足以下要求，則保留可靠的等位基因：PSM count ≥2、PSM ratio ≥10%、intensity ratio ≥10% [3]。用于系統發育分析的參考數據集是使用來自先前發表的高覆蓋率基因組的翻譯蛋白質序列構建的，包括丹尼索瓦 3、兩個尼安德特人、一個早期現代人、現代人類個體和一只黑猩猩。這兩個數據集的系統發育樹與核基因組中普遍接受的初級拓撲高度一致，即智人是包含尼安德特人和丹尼索瓦人的分支的姐妹群。這與基于形態學的系統發育分析形成鮮明對比，后者表明哈爾濱屬于智人分支的姐妹群，而不是尼安德特人。哈爾濱顱骨和丹尼索瓦人3形成一個高相關的單系群(Fig. 4)。這一結果與上述使用SAP的種群分配一致。
Fig. 4. Phylogenetic position of the Harbin cranium through Bayesian analysis (using the dataset with 64 pan-Africans). 文章小結
本研究首次將近乎完整的顱骨形態與丹尼索瓦人蛋白質組關聯，為丹尼索瓦人提供了首個綜合形態研究證據，解答了“丹尼索瓦人長什么樣”的問題。但仍然需要更多中晚更新世化石的分子采樣（尤其是古代DNA），以明確東亞丹尼索瓦人群體的分化、與其他古人類的互動及對現代亞洲人群的影響。
參考文獻
[1] L. Xin, R. Qiao, X. Chen, H. Tran, S. Pan, S. Rabinoviz, H. Bian, X. He, B. Morse, B. Shan, M. Li, A streamlined platform for analyzing tera-scale DDA and DIA mass spectrometry data enables highly sensitive immunopeptidomics. Nat. Commun. 13, 3108 (2022). doi:10.1038/s41467-022-30867-7
[2] E. Cappellini, L. J. Jensen, D. Szklarczyk, A. Ginolhac, R. A. R. da Fonseca, T. W. Stafford Jr., S. R. Holen, M. J. Collins, L. Orlando, E. Willerslev, M. T. P. Gilbert, J. V. Olsen, Proteomic analysis of a pleistocene mammoth femur reveals more than one hundred ancient bone proteins. J. Proteome Res. 11, 917–926 (2012). doi:10.1021/pr200721u
[3] P. P. Madupe, C. Koenig, I. Patramanis, P. L. Rüther, N. Hlazo, M. Mackie, M. Tawane, J. Krueger, A. J. Taurozzi, G. Troché, J. Kibii, R. Pickering, M. R. Dickinson, Y. Sahle, D. Kgotleng, C. Musiba, F. Manthi, L. Bell, M. DuPlessis, C. Gilbert, B. Zipfel, L. F. K. Kuderna, E. Lizano, F. Welker, P. Kyriakidou, J. Cox, C. Mollereau, C. Tokarski, J. Blackburn, J. Ramos-Madrigal, T. Marques-Bonet, K. Penkman, C. Zanolli, L. Schroeder, F. Racimo, J. V. Olsen, R. R. Ackermann, E. Cappellini, Enamel proteins reveal biological sex and genetic variability in southern African Paranthropus. Science 388, 969–973 (2025). doi:10.1126/science.adt9539
原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu9677
作為生物信息學的領軍企業，BSI專注于蛋白質組學和生物藥領域，通過機器學習和先進算法提供世界領先的質譜數據分析軟件和蛋白質組學服務解決方案，以推進生物學研究和藥物發現。我們通過基于AI的計算方案，為您提供對蛋白質組學、基因組學和醫學的卓越洞見。旗下著名的PEAKS??系列軟件在全世界擁有數千家學術和工業用戶，包括：PEAKS?? Studio，PEAKS?? Online，PEAKS?? GlycanFinder, PEAKS?? AB，DeepImmu?? 免疫肽組發現服務和抗體綜合表征服務等。 聯系方式：021-60919891；sales-china@bioinfor.com
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