推薦一篇發(fā)表在Analytical Chemistry上的文章，文章標題是“Isotopic Labeling-Enabled Chemical Proteomics Analysis Revealed Structural and Functional Features of Allysine Modifications in Mammalian Cells and Tissues”。文章通訊作者是來自明尼蘇達大學雙子城分校的Yue Chen教授，其課題組致力于開發(fā)新型蛋白質組學技術，以實現(xiàn)新型翻譯后修飾的捕獲與解析。本文中，作者通過化學蛋白質組學技術，成功捕獲并揭示了醛賴氨酸的修飾位點及其相關功能。
醛賴氨酸是一種重要的新型翻譯后修飾，具有調控蛋白質相互作用與活性的生物學功能，同時也被認為是特定代謝及生理學環(huán)境下的氧化應激標志物。此類修飾可通過酶促或者非酶促機制，由天然賴氨酸的ε-氨基通過氧化并脫除，進而形成了具有反應活性的醛賴氨酸。此前的研究中，雖然已經(jīng)證明了醛賴氨酸具有重要的生物學功能，由于其較高的反應活性，并與天然殘基具有微小的質量差異，因此研究者難以對其實現(xiàn)組學層面的捕獲與解析。
為了解決這一問題，本文中，作者設計并建立了新型醛賴氨酸捕獲與釋放策略，以實現(xiàn)此類修飾的精準解析。首先，研究者通過變性緩沖體系快速裂解組織或細胞樣品，以防止醛基變性。隨后，將胰蛋白酶消化后的肽段與肼基連接的瓊脂糖凝脂混合孵育，即通過席夫堿反應形成的共價鍵實現(xiàn)醛基類修飾的富集。最后，他們創(chuàng)新性地使用同位素取代的甲氧胺對樣品進行競爭性洗脫，實現(xiàn)目的修飾位點的釋放的同時，避免了與天然存在的另一種翻譯后修飾（賴氨酸二甲基化修飾）的分子量重疊而引入假陽性。
基于此策略，研究者對活細胞與組織中的大量樣品中的醛賴氨酸修飾進行了捕獲與表征。有趣的是，研究者在檢測中發(fā)現(xiàn)，甲氧胺基團會在鄰近α-氨基的進攻下，發(fā)生中性丟失。通過此類中性丟失的特征進行有效識別，他們顯著地提高了醛賴氨酸的鑒定效率。由此，他們在293T和HCT116細胞中，共鑒定到來自349個蛋白的434個醛賴氨酸修飾位點，相比于此前通過生化實驗注釋的20個位點來說，鑒定效率顯著提高。對側翼序列進行分析，他們發(fā)現(xiàn)，修飾位點附近存在大量的小的非極性氨基酸殘基，例如甘氨酸和脯氨酸，同時酸性殘基也被顯著地富集。最后，研究者將這一策略同樣應用于小鼠組織中醛賴氨酸位點的檢測中，并實現(xiàn)了此修飾的有效鑒定?；诖耍芯空哒J為，在正常生長條件下，醛賴氨酸底物及其他羰基衍生化靶標廣泛存在于細胞系和組織中，參與培養(yǎng)細胞胞質與細胞核內(nèi)蛋白質折疊、翻譯及RNA剪接等多種基礎細胞過程，以及小鼠組織中的肌肉系統(tǒng)和能量代謝過程。
綜上，本文中，作者通過同位素輔助的化學蛋白質組學技術，實現(xiàn)了活細胞與組織中的醛賴氨酸化修飾的捕獲與表征。在未來的研究中，結合定量分析技術，本文策略在研究細胞和組織中氧化應激誘導的羰基化方面可能具有廣泛的應用前景。
本文作者：KLH
責任編輯：LZ
DOI：10.1021/acs.analchem.5c00660
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.5c00660
