如何进行高通量的蛋白酰基化分析?

    蛋白酰基化(Acylation)是蛋白质翻译后修饰(PTM)中的一个重要类别,广泛参与调控细胞代谢、信号转导、染色质重塑等关键生物过程。近年来,随着蛋白质组学技术,特别是高分辨质谱的发展,高通量分析蛋白酰基化修饰成为可能,并逐渐应用于代谢调控、表观遗传学、肿瘤标志物发现等研究前沿。

    一、什么是蛋白酰基化?

    蛋白酰基化是指将一个酰基基团(如乙酰、丙酰、丁酰、马来酰、琥珀酰等)共价修饰在蛋白质上,常见修饰位点包括赖氨酸(K)和N-端氨基。其中以赖氨酸乙酰化(Lysine acetylation, Kac)最为经典,但近年来更多“非经典酰基化”类型,如丙酰化(Kpr)、丁酰化(Kbu)、琥珀酰化(Ksucc)、马来酰化(Kmal)等引起研究者关注。这些修饰与代谢状态紧密相关,因为它们的供体(如乙酰辅酶A、琥珀酰辅酶A等)直接来自细胞代谢通路,因而被认为是代谢与表观调控之间的重要桥梁。

    二、高通量蛋白酰基化分析的技术流程概览

    高通量酰基化分析主要基于质谱平台,结合抗体富集、特异酶切和多维分离等策略,核心流程如下:

    1、样本制备与蛋白提取

    • 细胞或组织裂解后使用含去酰基化酶抑制剂的裂解液(如TSA、NAM)防止修饰丢失;

    • 使用SDS或urea裂解后进行蛋白质定量;

    • 后续可采用FASP或in-solution法进行酶解。

    2、酰基化肽段的富集

    由于酰基化肽在总肽中丰度极低(常低于0.1%),高特异性的富集手段是成功检测的关键:

    • 抗体富集:使用针对特定酰基化修饰(如anti-Kac、anti-Ksucc)的抗体进行免疫富集;

    • 多重富集:可串联使用多种抗体,或结合HILIC等前处理手段增强特异性;

    • TMT标记+富集:实现多样本并行分析(Multiplexing),提高通量与效率。

    3、高分辨质谱检测

    • 常用平台:Orbitrap Exploris、Q Exactive HF-X、TIMS-TOF Pro等;

    • 建议使用DDA(Data-Dependent Acquisition)进行深度扫描,或结合DIA(Data-Independent Acquisition)获得更高覆盖度;

    • 通过多级质谱(MS/MS或MS3)可提高修饰定位精度。

    4、数据分析与修饰位点鉴定

    • 搜索引擎:MaxQuant、Proteome Discoverer、Spectronaut(DIA)、PEAKS等;

    • 修饰数据库:Unimod 提供标准酰基化修饰定义;

    • 数据库搜索需考虑修饰质量偏移(如Kac为+42.0106 Da);

    • Site Localization Score(如ptmRS、Ascore)用于评估修饰位点可信度。

    三、多种酰基化的并行分析:挑战与解决方案

    1、修饰种类繁多、同位素干扰

    多种酰基化修饰的质量偏移接近(如Kbu为+56.026 Da,Ksucc为+100.017 Da),易引起定量干扰。

    解决方案:

    • 严格控制修饰数据库设置,避免搜索歧义;

    • 使用高分辨MS/MS,提升同分异构肽的区分能力;

    • 采用串联抗体富集或顺序富集技术。

    2、修饰与底物丰度变化交织

    修饰水平变化不一定等于功能变化,还需结合蛋白表达量进行校正。

    解决方案:

    • 同步开展全蛋白组分析(Total proteome);

    • 通过标准化计算修饰/底物比值,挖掘真正调控机制。

    3、样本通量受限

    传统DDA方法一次最多只能分析10个样本。

    解决方案:

    • 引入TMT标记+抗体富集,实现16-plex甚至18-plex并行分析;

    • 采用DIA+样本池设计,实现高通量筛查。

    蛋白酰基化作为代谢信号与蛋白功能之间的纽带,其系统研究对理解复杂生命过程具有重要意义。通过高分辨质谱技术、特异抗体富集策略与多通量定量方法的整合,科研人员已可高效开展多种酰基化修饰的并行分析。在这一领域,百泰派克生物科技凭借先进的质谱平台与成熟的酰基化组学方案,助力您在表观代谢、疾病机制、靶点筛选等方向取得更具突破性的成果。如您正在探索相关课题,欢迎联系我们获取项目方案或技术资料。

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