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王初课题组发展新型定量化学蛋白质组学策略

作者:     来源ï¼?nbsp;    发布日期:2022-01-18

化学蛋白质组学是注释蛋白质功能和发现生物活性配体靶标的重要工具。在化学蛋白质组学技术中,最常用的是基于活性的蛋白质分析(Activity-based protein profiling,简称ABPPï¼?/span>,该方法通过结合活性分子探é’?/span>标记和串联质谱分æž?/span>ï¼?/span>实现靶蛋白的鉴定ã€?/span>随着定量组学技术的发展,科学家们将活性分子探针和基于同位素标签的蛋白质组学方法相结合,开发了一系列定量化学蛋白质组学技术,包括基于一级谱定量çš?/span>isoTOP(基于同位素的串联正交蛋白水解)-ABPP技术和rdTOP(基于还原二甲基化的串联正交蛋白水解ï¼?ABPP技术以及基于二级谱定量的MTRP(多通道活性巯基筛选)技术和SLC(流线型的半胱氨酸)-ABPP技æœ?/span>。然而,这些技术依赖于半随机性的数据依赖型质谱采集模式(Data-dependent acquisition,简称DDA),以及成本高昂的同位素定量标签试剂,限制了化学蛋白质组学技术在多维分析和高通量筛选中的应用ã€?/span>

伴随着高灵敏度、高分辨率、高精度的质谱仪器的快速更新,以及生物信息学对于海量数据处理能力的不断提高,近些年来兴起的基于数据非依赖型采集的质谱采集模式Data-independent acquisition,简称DIAï¼?/span>逐渐在蛋白质组学研究领域ä¸?/span>崭露头角ã€?/span>与传统的DDA模式不同ï¼?/span>DIA模式并不仅限于对高强度的肽段离子进行采集和分析,而是将离子根æ�?/span>质荷比大小划åˆ?/span>成若干个采集窗口å�?/span>,对每个窗口中所有肽段进行合并分析,从而可以实现无遗漏、无差异的肽段信息采集,因此,DIA模式具有更好的覆盖度,重现性以及定量准确性ã€?/span>

近日,北京大学化学与分子工程学院、北å¤?/span>-清华生命科学联合中心王初课题组在Journal of the American Chemical Society杂志上发表了题为“Quantitative Chemoproteomic Profiling with Data-Independent Acquisition-based Mass Spectrometry”的研究论文。在这项工作中,作者将DIA模式ä¸?/span>ABPP技æœ?/span>相结合,发展了名为DIA-ABPPçš?/span>无标定量方法。该方法解决äº?/span>之前定量技æœ?/span>ä¸?/span>由DDA模式引起的数据丢失严重以及高成本çš?/span>同位素标签试å‰?/span>的使用等问题,是一种覆盖度é«?/span>、重现æ€?/span>å¥?/span>以及定量准确çš?/span>化学蛋白质组学新策略ã€?/span>

 

在完æˆ?/span>方法的建ç«?/span>å’?/span>优化å�?/span>ï¼?/span>作è€?/span>首先利用DIA-ABPPå¯?/span>活性代谢物—â€?/span>4-羟基壬烯醛(HNEï¼?/span>修饰半胱氨酸的反应性进行了系统的分析ã€?/span>得到了每ä¸?/span>活性半胱氨酸对应的HNE剂量效应曲线以及半数效应浓度(EC50ï¼?/span>。除了已知的HNE修饰位点外,本工作还发现神经酰胺-1-磷酸转移蛋白(CPTP)的C105也是对于HNE高敏感的半胱氨酸位点,这些数æ�?/span>可以ä¸?/span>后续内源亲电修饰在细胞内的生物机制研究提供更加完整的数据支持ã€?/span>

此外,作者也将新方法用于共价片段小分子库的筛选ã€?/span>作者构建了24个共价片段分子库进行分析,发现了563个可靶向çš?/span>蛋白è´?/span>。对于单一蛋白而言,新方法可以鉴定到更多的半胱氨酸位点,例如核孔蛋白NUP205,DIA-ABPP方法可以定量16个半胱氨酸,而原来的方法只能获得2个半胱氨酸的定量信息。此外,作者也对具有相同结合基团,不同反应基团的片段分子对进行了头对头的比较,强调了反应基团对半胱氨酸靶向性的影响ã€?/span>

最后,作者将DIA-ABPP技术应用于生物钟机制的研究ä¸?/span>,发现在所有定量的半胱氨酸中,18.43%的半胱氨酸活性具有昼夜节律特征,其比例远远高于蛋白质,且两者相位的峰值具有明显的差异。除了氧化还原通路外,作è€?/span>还发现这些活性具有昼夜节律特征的半胱氨酸富集在代谢通路以及泛素-蛋白é…?/span>体系统中,这äº?/span>数据为生物钟机制的研究提供了新视角和新线索ã€?/span>

总之ï¼?/span>该工ä½?/span>发展了一种无标的定量化学蛋白质组学策略DIA-ABPP,具有重现性好,覆盖度高,定量准确等优势。由于ABPP是个基于分子探针设计和生物系统应ç”?/span>的模块化平台,具有很高的兼容性,该方法可以用于高通量临床样品的分析,挖掘蛋白质功能和翻译后修饰相关的生物标志物,为疾病机理的研究和诊断方法的开发提供技术支持ã€?/span>

该论文的通讯作者为北京大学化学与分子工程学院、北å¤?/span>-清华生命科学联合中心的王初教授,化学与分子工程学é™?015级博士生杨帆为第一作者。王初课题组çš?/span>研究ç”?/span>贾国èµ?/span>,刘源博士以å�?/span>前沿交叉学院研究ç”?/span>éƒ?/span>九州等合作者为该工ä½?/span>做出了贡献ã€?/span>该工作得到了科技部、基金委、北京分子科学国家研究中心、教育部生物有机和分子工程重点实验室的经费支持ã€?/span>

 

文章链接ï¼?/span>

//pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.1c11053

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