分享一篇發表在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、表觀遺傳學與腫瘤發生之間的關系。
甲基化是一種關鍵的蛋白質翻譯后修飾（PTM），廣泛參與細胞信號傳導、基因調控及多種疾病發生。蛋白質甲基化主要發生在賴氨酸（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性質，傳統的質譜和抗體檢測方法在靈敏度和特異性上面臨挑戰。現有技術難以全面捕獲甲基化事件的動態變化，尤其是在活體系統中。
本研究利用Met類似物ProSeMet，結合代謝標記與生物正交化學，實現了對甲基化位點的高分辨率分析，為甲基蛋白質組研究提供了新工具。
ProSeMet在細胞內通過甲硫氨酸腺苷轉移酶（MAT）可轉化為SAM類似物ProSeAM，隨后被內源性甲基轉移酶用于催化目標蛋白的丙炔化（propargylation）。丙炔化引入的生物正交炔基可通過CuAAC反應與熒光染料或生物素結合，實現標記蛋白的檢測或富集。
在SMARCB1缺陷的G401細胞中，作者通過LC-MS/MS共鑒定到376個肽段譜匹配（PSMs），對應149個蛋白質，其中123個為ProSeMet特異性標記的新丙炔化蛋白。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記等方法對上述位點進行了驗證。
通過生物素-鏈霉親和素富集，研究團隊在G401細胞中鑒定了707個顯著富集的蛋白，其中486個為已知甲基化蛋白，221個為新型丙炔化蛋白。通路分析顯示，這些蛋白涉及RNA加工、細胞周期調控和代謝等過程。
ProSeMet在小鼠模型中表現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、腦等多個器官的蛋白質均被丙炔化標記。組織特異性分析表明，腦組織中丙炔化蛋白富集于神經元功能相關通路，而心臟組織則與肌肉收縮和能量代謝相關。此外，禁食狀態可增強ProSeMet在腦和肺中的標記效率，提示代謝狀態對甲基化動態的影響。
?
總體而言，本文發展的化學酶法為甲基蛋白質組學研究提供了強有力的工具，有望推動精準醫學和表觀遺傳藥物開發。
本文作者：TZS
責任編輯：MB
DOI：10.1021/jacs.4c08175
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/jacs.4c08175
