什么是磷酸化蛋白质组学

    为什么磷酸化蛋白质组学很重要?

    DNA转录成mRNA再翻译成具有特定氨基酸序列的蛋白质才能在体内发挥作用,而这些蛋白质中的大多数通常需要化学修饰才能发挥作用,即翻译后修饰(PTM)。翻译后修饰是在蛋白质的氨基酸序列中加入特定的氨基酸或改变特定的化学官能团,从而改变蛋白质结构的过程。目前已发现三百多种潜在的PTM类型,同一个蛋白具有多个不同修饰位点,有利于形成结构和功能不同的蛋白质。

     

    什么是磷酸化修饰?

    在众多PTM类型中,磷酸化修饰约占所有蛋白质的三分之一,是最普遍的修饰类型之一。它影响细胞内信号转导、细胞结构、细胞增殖、细胞凋亡、转录、代谢过程以及病原微生物适应能力的调节等。因此,不同细胞的蛋白质磷酸化水平不同,特定部位的磷酸化水平可能从不到1%到90%以上。

     

    磷酸化的过程是在激酶的催化下,将三磷酸腺苷的磷酸基团转移到蛋白质的氨基酸侧链上,然后三磷酸腺苷变成二磷酸腺苷。对于大多数蛋白质来说,磷酸化修饰是一种可逆的瞬时修饰。当蛋白质的某个部位帮助蛋白质完成任务时,蛋白质就会在磷酸酶的作用下被去磷酸化,就像蛋白质功能的一种“开关”,少量的磷酸化就是永久性的修饰。

     

    多种氨基酸残基均可发生磷酸化修饰,可分为四类:1.丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、羟脯氨酸的羟基残基发生O-磷酸化;2.酸、赖氨酸残基上的组氨酸N-磷酸化;3.半胱氨酸残基的S-磷酸化;4.天冬氨酸、谷氨酸残基的酰基磷酸化。

     

    磷酸化蛋白质组学应用

    磷酸化蛋白质组学是对磷酸化蛋白质的综合分析,包括磷酸化的鉴定、定位和定量。

     

    药物

    利用质谱法已经在人类细胞中识别出超过10万种不同的磷酸化修饰,这些修饰可能会影响每种蛋白质的功能。许多研究表明,一些重要生物标记物的磷酸化在肺癌、皮肤癌、慢性髓系白血病、阿尔茨海默病和糖尿病等疾病中调节失调。例如2019年发表在《Nature》上的一篇文章利用磷酸化蛋白结合蛋白质组学、转录组学和全基因组测序寻找早期肝癌的新治疗靶点。

     

    植物

    在植物中,已发现磷酸化参与大多数代谢和生理过程,例如植物中的温度胁迫、盐胁迫、干旱胁迫和激素调节。2020年1月,发表在Nature上的一篇文章利用磷酸化蛋白、蛋白质组学和转录组学发现模型物种拟南芥的30多个组织中存在超过18000种蛋白质、43000多个位点被磷酸化, 为进一步研究植物发育与逆境反应、植物信号与代谢途径等奠定了基础。

     

    微生物

    在微生物研究中,发现磷酸化蛋白影响病原体传播过程,包括与宿主细胞的粘附和病原体的毒力、复制和持久性,因此在抗生素以及病原体-宿主的相互作用研究中得到广泛应用。2020年9月发表于Molecular Plant的文章报道拟南芥凝集素受体激酶可磷酸化丁香假单胞菌致病因子AvrPtoB,降低效应蛋白毒性,从而增强植物免疫力。

     

    生物节律相关的研究因2017年的诺贝尔奖而受到更广泛的关注,磷酸化在其中的作用也逐渐浮出水面。2019年10月,发表在《Science》杂志上的一篇文章发现大量激酶存在于以时间依赖性方式受磷酸化调节的突触蛋白中,并假设磷酸化介导的突触信号调节可能是调节突触稳态和功能的睡眠和觉醒依赖机制的关键驱动因素。

     

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    参考资料

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    8. Virág, D., Dalmadi-Kiss, B., Vékey, K. et al. Current Trends in the Analysis of Post-translational Modifications. Chromatographia 83, 1–10 (2020).

    相关服务

    磷酸化定量蛋白组学研究

    翻译后修饰蛋白组分析

    多通路磷酸化蛋白质组学

    组蛋白翻译后修饰分析

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