分享一篇發(fā)表在J. Am. Chem. Soc.上的文章，題目為“Dynamic In Vivo Mapping of the Methylproteome Using a Chemoenzymatic Approach”，文章通訊作者是來自埃默里大學(xué)的Jennifer Spangle助理教授。Spangle課題組致力于揭示基因突變、表觀遺傳學(xué)與腫瘤發(fā)生之間的關(guān)系。
甲基化是一種關(guān)鍵的蛋白質(zhì)翻譯后修飾（PTM），廣泛參與細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)、基因調(diào)控及多種疾病發(fā)生。蛋白質(zhì)甲基化主要發(fā)生在賴氨酸（Lys）、精氨酸（Arg）和組氨酸（His）殘基上，由S-腺苷甲硫氨酸（SAM）依賴的甲基轉(zhuǎn)移酶催化。然而，由于甲基化不改變氨基酸的電荷或物理化學(xué)性質(zhì)，傳統(tǒng)的質(zhì)譜和抗體檢測(cè)方法在靈敏度和特異性上面臨挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有技術(shù)難以全面捕獲甲基化事件的動(dòng)態(tài)變化，尤其是在活體系統(tǒng)中。
本研究利用Met類似物ProSeMet，結(jié)合代謝標(biāo)記與生物正交化學(xué)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)甲基化位點(diǎn)的高分辨率分析，為甲基蛋白質(zhì)組研究提供了新工具。
ProSeMet在細(xì)胞內(nèi)通過甲硫氨酸腺苷轉(zhuǎn)移酶（MAT）可轉(zhuǎn)化為SAM類似物ProSeAM，隨后被內(nèi)源性甲基轉(zhuǎn)移酶用于催化目標(biāo)蛋白的丙炔化（propargylation）。丙炔化引入的生物正交炔基可通過CuAAC反應(yīng)與熒光染料或生物素結(jié)合，實(shí)現(xiàn)標(biāo)記蛋白的檢測(cè)或富集。
在SMARCB1缺陷的G401細(xì)胞中，作者通過LC-MS/MS共鑒定到376個(gè)肽段譜匹配（PSMs），對(duì)應(yīng)149個(gè)蛋白質(zhì)，其中123個(gè)為ProSeMet特異性標(biāo)記的新丙炔化蛋白。這些蛋白包括熱休克蛋白HSPA8（R469）、翻譯延伸因子eEF1A1（K273/K392）和磷酸甘油酸變位酶PGAM1（K222）。作者通過免疫共沉淀和熒光標(biāo)記等方法對(duì)上述位點(diǎn)進(jìn)行了驗(yàn)證。
通過生物素-鏈霉親和素富集，研究團(tuán)隊(duì)在G401細(xì)胞中鑒定了707個(gè)顯著富集的蛋白，其中486個(gè)為已知甲基化蛋白，221個(gè)為新型丙炔化蛋白。通路分析顯示，這些蛋白涉及RNA加工、細(xì)胞周期調(diào)控和代謝等過程。
ProSeMet在小鼠模型中表現(xiàn)出良好的生物利用度和血腦屏障穿透性。全身給藥后，心臟、肺、腦等多個(gè)器官的蛋白質(zhì)均被丙炔化標(biāo)記。組織特異性分析表明，腦組織中丙炔化蛋白富集于神經(jīng)元功能相關(guān)通路，而心臟組織則與肌肉收縮和能量代謝相關(guān)。此外，禁食狀態(tài)可增強(qiáng)ProSeMet在腦和肺中的標(biāo)記效率，提示代謝狀態(tài)對(duì)甲基化動(dòng)態(tài)的影響。
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總體而言，本文發(fā)展的化學(xué)酶法為甲基蛋白質(zhì)組學(xué)研究提供了強(qiáng)有力的工具，有望推動(dòng)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)和表觀遺傳藥物開發(fā)。
本文作者：TZS
責(zé)任編輯：MB
DOI：10.1021/jacs.4c08175
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/jacs.4c08175
