多重蛋白質組動態分析技術揭示蛋白穩態調控機制

大家好，今天給大家分享cell上的這篇文章《Multiplexed Proteome Dynamics Profiling Reveals Mechanisms Controlling Protein Homeostasis 》，文章的通訊作者是德國海德堡大學的Marcus Bantscheff教授，他和來自同一學校的一作Mikhail M. Savitski教授是thermal proteome profiling 領域的專家。

蛋白降解在各種生命活動中發揮著特別重要的作用，這個過程也是被多種體系嚴密調控。靶向蛋白降解是一種新興的研究工具和治療策略。但是， 在生命體系中，蛋白降解的起因和結果缺乏在組學層面探索的技術。為了闡明細胞內擾動是怎樣影響蛋白質合成和降解過程，本文作者發展了 「multiplexed proteome dynamics profiling」 (mPDP), 這個質譜技術結合了 dynamic-SILAC 標記和isobaric mass tagging-TMT標記，多重標記動態分析蛋白質降解和合成。這個方法實現了一次質譜實驗中兩次生物學重複的細胞內成熟和新生成的蛋白在不同處理條件下靈敏並且全面的相對定量。

mPDP設計原理為（圖如上）：在一次生物重複中，light SILAC 培養的細胞換到heavy SILAC 培養基中，然後用不同的化合物處理，light 氨基酸標記蛋白是成熟蛋白，heavy氨基酸標記蛋白是新生成蛋白。另一組生物重複就是在heavy SILAC 培養基中培養的細胞換到light SIALC 培養基中進行相同處理。然後通過裂解，富集，酶切，TMT標記，最後混合在一起打質譜。得到的一級譜是相似信號強度的SILAC pairs, 這種設計可以使得heavy, light標記的肽段都以很高的比例碎裂，減少信息丟失。在二級譜上，對於成熟蛋白來說，相比對照組，比例上調意味著化合物處理後蛋白降解速度變慢，反之，比例下調意味著降解變快；對於新生成蛋白來說，比例上調意味著化合物處理後由於轉錄或者後轉錄水平調控蛋白生成變快。如果同時成熟蛋白的比例上調也可以說明是蛋白降解變慢。同樣地如果成熟蛋白比例下調同時新生成的蛋白比例下調說明蛋白生成變慢或者降解變快。

接下來作者將設計的這種方法應用在研究三種引起蛋白降解的不同小分子是怎樣影響整個蛋白質組的，分別是：a PROTAC; 雌性激素受體配體；HSP90 抑製劑。 通過分析質譜數據，發現了一些很有意義的結果：JQ1-PROTAC 降解一種主要的mRNA 運輸因子並且抑制其蛋白合成；選擇性雌性受體調節劑 raloxifene 會引起TMEM97降解異常調控膽固醇的穩態；持續性需要HSP90 結合的底物蛋白相比非HSP90結合蛋白熱穩定性更低，對分子伴侶有更高的結合能力。

本文作者建立的mPDP的方法可以用來闡明生物活性小分子的作用機制，並且可以互補目前全蛋白質組水平的靶向鑒定方法。更一般地來說，mPDP可以用於發現生物體系中降解機制的調控。

文章鏈接：

http://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(18)30174-0

文章引用：

doi.org/10.1016/j.cell.2018.02.030

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