推薦一篇發(fā)表在Analytical Chemistry上的文章，文章標(biāo)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(lái)自明尼蘇達(dá)大學(xué)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(zhì)組學(xué)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)新型翻譯后修飾的捕獲與解析。本文中，作者通過(guò)化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，成功捕獲并揭示了醛賴氨酸的修飾位點(diǎn)及其相關(guān)功能。
醛賴氨酸是一種重要的新型翻譯后修飾，具有調(diào)控蛋白質(zhì)相互作用與活性的生物學(xué)功能，同時(shí)也被認(rèn)為是特定代謝及生理學(xué)環(huán)境下的氧化應(yīng)激標(biāo)志物。此類修飾可通過(guò)酶促或者非酶促機(jī)制，由天然賴氨酸的ε-氨基通過(guò)氧化并脫除，進(jìn)而形成了具有反應(yīng)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(xué)功能，由于其較高的反應(yīng)活性，并與天然殘基具有微小的質(zhì)量差異，因此研究者難以對(duì)其實(shí)現(xiàn)組學(xué)層面的捕獲與解析。
為了解決這一問(wèn)題，本文中，作者設(shè)計(jì)并建立了新型醛賴氨酸捕獲與釋放策略，以實(shí)現(xiàn)此類修飾的精準(zhǔn)解析。首先，研究者通過(guò)變性緩沖體系快速裂解組織或細(xì)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(guò)席夫堿反應(yīng)形成的共價(jià)鍵實(shí)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(duì)樣品進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)性洗脫，實(shí)現(xiàn)目的修飾位點(diǎn)的釋放的同時(shí)，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(yáng)性。
基于此策略，研究者對(duì)活細(xì)胞與組織中的大量樣品中的醛賴氨酸修飾進(jìn)行了捕獲與表征。有趣的是，研究者在檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，甲氧胺基團(tuán)會(huì)在鄰近α-氨基的進(jìn)攻下，發(fā)生中性丟失。通過(guò)此類中性丟失的特征進(jìn)行有效識(shí)別，他們顯著地提高了醛賴氨酸的鑒定效率。由此，他們?cè)?93T和HCT116細(xì)胞中，共鑒定到來(lái)自349個(gè)蛋白的434個(gè)醛賴氨酸修飾位點(diǎn)，相比于此前通過(guò)生化實(shí)驗(yàn)注釋的20個(gè)位點(diǎn)來(lái)說(shuō)，鑒定效率顯著提高。對(duì)側(cè)翼序列進(jìn)行分析，他們發(fā)現(xiàn)，修飾位點(diǎn)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(shí)酸性殘基也被顯著地富集。最后，研究者將這一策略同樣應(yīng)用于小鼠組織中醛賴氨酸位點(diǎn)的檢測(cè)中，并實(shí)現(xiàn)了此修飾的有效鑒定?；诖?，研究者認(rèn)為，在正常生長(zhǎng)條件下，醛賴氨酸底物及其他羰基衍生化靶標(biāo)廣泛存在于細(xì)胞系和組織中，參與培養(yǎng)細(xì)胞胞質(zhì)與細(xì)胞核內(nèi)蛋白質(zhì)折疊、翻譯及RNA剪接等多種基礎(chǔ)細(xì)胞過(guò)程，以及小鼠組織中的肌肉系統(tǒng)和能量代謝過(guò)程。
綜上，本文中，作者通過(guò)同位素輔助的化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了活細(xì)胞與組織中的醛賴氨酸化修飾的捕獲與表征。在未來(lái)的研究中，結(jié)合定量分析技術(shù)，本文策略在研究細(xì)胞和組織中氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的羰基化方面可能具有廣泛的應(yīng)用前景。
本文作者：KLH
責(zé)任編輯：LZ
DOI：10.1021/acs.analchem.5c00660
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.5c00660
