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          蛋白質組學

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          「青蓮百奧聚焦」想玩點不一樣的嗎?氧化還原蛋白組看過來

          2021-06-29 00:00:00

          哺乳動物組織通過活性氧(ROS)對蛋白質半胱氨酸殘基的可逆修飾進行調節。ROS調控著眾多的生物學過程,但是ROS修飾的蛋白質靶點在很大程度上還不清楚,這些靶點驅動了體內組織特異性的生理學。2020年3月5日,美國哈佛醫學院Edward T. Chouchani團隊在國際學術期刊Cell上在線發表了題為“A quantitative tissue-specific landscape of protein redox regulation during aging”的研究論文。在該研究中,研究人員開發了Oximouse,對小鼠體內半胱氨酸氧化還原蛋白質組進行了全面的定量和定位,揭示了半胱氨酸氧化還原網絡具有組織選擇性。此外,研究人員還全面鑒定了在衰老小鼠中重塑的氧化還原修飾的疾病網絡,為氧化還原失調與組織衰老之間長期存在的聯系建立了系統的分子基礎。

          盡管氧化還原調節對組織特異性生理和哺乳動物衰老具有廣泛的重要性,但關于解釋體內這些過程的分子基礎的特定蛋白修飾信息一直缺乏。目前也還沒有對活體組織的氧化還原蛋白質組進行廣泛的定量分析。為了解決這一未得到滿足的需求,該研究開發了一種半胱氨酸衍生化和富集的方法,結合蛋白質組學,以提供對體內組織特異性蛋白半胱氨酸氧化的徹底表征。該圖譜代表了迄今為止對氧化還原調節的半胱氨酸蛋白質組最深入的定量分析。


          圖片

          研究結果

          半胱氨酸蛋白質組的深度覆蓋和定量分析

          該研究合成了半胱氨酸反應性磷酸標簽(CPTs)化合物去標記蛋白半胱氨酸位點,然后通過IMAC對CPT-衍生的半胱氨酸肽段進行富集,同時結合TMT定量標記技術,從而達到提升半胱氨酸蛋白組學檢測深度的目的。

          研究人員從16周齡和80周齡雄性C57BL / 6J小鼠中獲取10個器官,每個年齡的每種組織設置5個生物學重復。利用該技術,研究人員對小鼠體內組織的蛋白質半胱氨酸氧化修飾進行了首次全面的定量。在所有組織中共檢測到約9400個蛋白上的約171,000個半胱氨酸位點,對應了約34,000個獨有的半胱氨酸位點,并將這些數據組建成Oximouse數據庫(http://oximouse.hms.harvard.edu)。與先前的研究相比,該方法大大提高了半胱氨酸位點的檢出水平。

          圖1. 半胱氨酸蛋白質組的深度覆蓋和定量分析



          組織特異性的半胱氨酸氧化還原調控網絡

          最近產生的BioPlex 2.0是迄今為止最全面的蛋白質組相互作用網絡數據庫。在這里,研究人員將Oximouse和BioPlex 2.0結合起來,定義了氧化還原修飾的蛋白質網絡,它是組織特異性生物學的基礎。在BioPlex 2.0中建立的1320個蛋白質網絡中,有數百個在至少一個組織中顯示了半胱氨酸的協同氧化還原調節(圖2B,C)。幾乎所有這些氧化還原網絡都顯示出一定程度的組織選擇性(圖2C,D)。接下來研究人員構建并驗證了每個組織內的半胱氨酸氧化還原信號網絡。在不同組織中發現氧化還原網絡能夠介導許多不同生命過程中的信號傳遞。例如,研究發現控制tRNA氨?;牡鞍拙W絡普遍存在協同氧化還原修飾(圖2D,E)。此外還發現這些網絡具有高度的組織特異性,并且與調節蛋白網絡的代謝途徑密切相關。

          圖2. 體內氧化還原蛋白調控網絡的系統鑒定


          衰老重塑組織特異性半胱氨酸氧化網絡

          鑒于哺乳動物衰老過程中ROS信號轉導機制的缺乏,研究人員探討了年齡對小鼠組織半胱氨酸氧化網絡的影響。對比研究了年老(80周齡)和年輕(16周齡)的小鼠組織中蛋白半胱氨酸氧化情況。研究發現,在年老的小鼠體內,蛋白半胱氨酸的氧化程度并沒有顯著提高。并且分泌蛋白的氧化程度在年老小鼠中整體減少,這可能是由于年老小鼠代謝速率變低導致ROS的產生變少以及蛋白的分泌減少導致的。盡管氧化還原蛋白質組在衰老過程中具有一致的總體特征(圖3A-F),但對單個半胱氨酸的分析顯示,衰老組織中的氧化還原蛋白質組特征與年輕組織有很大不同。研究發現具有組織特異性的氧化還原調節位點隨著年齡的增長而丟失。Oximouse的數據表明,不同的氧化還原信號網絡在每個組織中被選擇性地改變。由于許多網絡映射到相應組織中已建立的疾病相關蛋白,該數據集提供了疾病和組織特異性圖譜,以了解ROS在年齡相關組織功能障礙中的作用機制。


          圖3. 衰老重塑組織特異性半胱氨酸氧化網絡


          總結

          綜上所述,研究人員開發了一種新技術,能夠大規模地檢測蛋白的半胱氨酸氧化情況。該研究發現蛋白的半胱氨酸氧化是組織特異以及年齡特異的,并且參與多種生命活動信息網絡以及疾病網絡??傊?,這項工作為理解體內氧化還原信號的機制靶點提供了基礎,并鼓勵研究者們在此基礎上進一步研究擴大對氧化還原調節如何控制生理和疾病的理解。


          青蓮百奧推出探針

          利用質譜法檢測巰基氧化還原不同階段的定性定量分析,玩轉不一樣翻譯后修飾組學。


          探針結構:








          衰老過程中蛋白質氧化還原調節的定量組織特異性圖譜

          期刊名稱:Cell

          IF:38.637

          樣本選擇:16周齡和80周齡雄性C57BL / 6J小鼠分別收集10個器官

          技術策略:氧化還原蛋白質組學


          圖片

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