蛋白质翻译后修饰的常见研究策略

在真核细胞中，蛋白质的结构和功能不仅由其氨基酸序列决定，更受到翻译后修饰（Post-Translational Modifications, PTMs）的深远影响。PTMs 是指蛋白质在翻译完成后通过酶促作用被化学修饰的过程，这一机制参与了细胞信号转导、基因表达调控、细胞周期、免疫应答等多种生物学过程。鉴于其在生理和病理状态中的核心作用，蛋白质翻译后修饰研究已成为蛋白组学中的关键领域。

 

一、常见的蛋白质翻译后修饰类型

蛋白质可以经历数百种不同的翻译后修饰，其中最为常见且研究最深入的包括：

1、磷酸化（Phosphorylation）

磷酸化是最常见的PTM形式之一，通常发生在丝氨酸（Ser）、苏氨酸（Thr）和酪氨酸（Tyr）残基上。它在信号传导通路中发挥核心作用，调控酶活性、蛋白质稳定性和蛋白互作。

 

2、乙酰化（Acetylation）

乙酰化广泛存在于组蛋白和非组蛋白中，对染色质结构、基因表达调控具有重要意义。赖氨酸残基的乙酰化可以改变蛋白质的正电荷，从而影响其结构和功能。

 

3、泛素化（Ubiquitination）

泛素化是通过将小分子蛋白质“泛素”连接到目标蛋白质的赖氨酸残基上，实现对其降解、定位或功能调节。多泛素链的构型还可决定不同的细胞命运。

 

4、糖基化（Glycosylation）

糖基化是将糖类基团共价附着到蛋白质上，常见于细胞膜蛋白和分泌蛋白。其不仅影响蛋白质折叠、稳定性和半衰期，也与癌症、感染等疾病密切相关。

 

5、甲基化（Methylation）

甲基化可发生在赖氨酸或精氨酸残基上，常见于组蛋白中，调控染色质状态与基因沉默。同时也存在于代谢酶、转录因子等非组蛋白中。

 

二、蛋白质翻译后修饰的研究策略

由于PTMs通常发生在低丰度、特异性位置且动态变化明显，因此对其研究需要高度灵敏和特异的技术支持。以下为目前主流的研究策略。

1、亲和富集策略：提高修饰肽的检测效率

翻译后修饰的一个挑战在于其丰度低、修饰位点复杂，直接质谱检测往往难以识别。为此，亲和富集技术是研究PTMs的前提步骤。

• 抗体富集：针对特定修饰（如磷酸化、乙酰化）开发的单克隆或多克隆抗体可以高效识别目标肽段，例如使用anti-phospho-Ser/Thr/Tyr抗体进行磷酸肽富集。

• 金属氧化物亲和层析（MOAC）与IMAC：这两种方法常用于磷酸肽的非抗体依赖型富集，TiO₂和Fe³⁺离子可与磷酸基团强烈结合，提高磷酸肽的回收率。

• Lectin富集：适用于糖基化研究，不同凝集素可识别不同类型的糖残基结构，如ConA、WGA等。

亲和富集后的样品可显著提高质谱分析中目标修饰肽的比例，增强检测灵敏度和数据质量。

 

2、高分辨质谱分析：定性与定量的核心工具

质谱（MS）是研究PTMs最强大的工具之一，尤其是Orbitrap、TOF等高分辨平台。

• 数据依赖采集（DDA）：通过对高强度离子优先碎裂，获取修饰肽段序列信息，适用于修饰位点鉴定。

• 数据独立采集（DIA）：全面、重复性强，适合多样本间修饰定量比较，常与Spectronaut、DIA-NN等软件配合分析。

• 平行反应监测（PRM）与选择反应监测（SRM）：用于特定修饰肽的靶向定量分析，灵敏度高、定量精确。

通过MS/MS谱图解读，可以确定修饰类型、修饰位点位置及其变化趋势。

 

3、定量策略：揭示PTMs的动态调控机制

在比较不同处理条件（如刺激前后、突变体与野生型）下PTMs变化时，定量策略尤为关键。

• TMT/iTRAQ标记：适用于多样本并行定量分析，配合高通量MS平台可实现数十个样本中修饰变化的系统分析。

• Label-free定量：对样本处理简便，不受标签限制，适合大规模探索性研究，但对质谱平台稳定性要求高。

• SILAC：通过代谢标记将重同位素氨基酸掺入细胞中，适合细胞系的精准定量研究，尤其在泛素化等动态变化中表现优异。

 

4、生物信息学分析：从“点”到“网”的整合解读

PTMs的研究不仅止于位点的鉴定，更需要系统地理解其在生物通路和功能模块中的作用。

• 位点注释：如使用PhosphoSitePlus、UniProt数据库，识别已知与新发现的修饰位点。

• 富集分析：GO与KEGG通路富集帮助揭示修饰蛋白的功能倾向与生物学意义。

• 互作网络构建：结合STRING、Cytoscape等工具构建蛋白互作网络，挖掘核心调控节点。

• 修饰互作分析（Crosstalk）：多个修饰类型之间可能存在协同或拮抗作用，如磷酸化-乙酰化“调控开关”的关系，是PTMs研究的前沿方向。

 

蛋白质翻译后修饰是解析生命活动精细调控的“密码层”，其研究对于疾病机制揭示、药物靶点发现及生物标志物开发具有不可替代的重要意义。通过整合样本前处理、富集技术、质谱分析与生物信息学解读，科研人员正不断拓展蛋白质翻译后修饰的研究。百泰派克生物科技依托深厚的蛋白组学技术积累和高端质谱平台，持续为生命科学研究提供高质量的翻译后修饰蛋白组分析服务，助力更多科研项目走得更深、更远。

 

百泰派克生物科技——生物制品表征，多组学生物质谱检测优质服务商

 

相关服务：

翻译后修饰蛋白组分析