Anal. Chem. | mNeuCode技术实现靶向蛋白质组的二甲基化精氨酸鉴定

为大家推荐一篇发表在Analytical Chemistry上的文章，文章标题是“mNeuCode Empowers Targeted Proteome Analysis of Arginine Dimethylation”。文章通讯作者是来自国家蛋白质科学中心的Chenxi Jia教授和Cheng Chang教授，以及威斯康星大学的Lingjun Li教授。Chenxi Jia教授课题组专注于神经肽组学和蛋白质组学方面的研究，Cheng Chang教授课题组主要从事质谱数据分析算法的设计与开发，而Lingjun Li教授课题组致力于生物分析科学和质谱相关技术的开发。本文中，作者设计并建立了一种基于同位素标记和靶向蛋白质组学技术的精氨酸二甲基化修饰鉴定策略，成功实现了二甲基化精氨酸位点的鉴定与生物学功能的表征。

精氨酸上的甲基化修饰是真核生物中广泛且相对保守的蛋白质翻译后修饰。这种修饰与多种细胞生物学过程，如RNA加工、DNA修复等，密切相关。这些修饰主要由蛋白质精氨酸甲基转移酶（PRMTs）家族成员催化生成。具体来说，PRMTs将甲基从S-腺苷-L-甲硫氨酸（SAM）转移到精氨酸的胍基上。鉴于其在多种生物学过程及疾病发生发展过程中的重要性，开发一种能够表征二甲基化精氨酸的策略是具有重要意义的。此前研究者针对这一修饰开发了一系列表征策略，但由于无法实现有效亲和富集，也受限于该修饰较低的丰度，以及检测技术的较高的假阳性率，因而无法对其有效的表征。

为了解决这一问题，本文中，作者设计并建立了mNeuCode策略。首先，研究者设计了mNeuCode标签，来对修饰位点进行定位。基于此前研究，二甲基化精氨酸上的甲基基团来自于甲硫氨酸。因此，他们选用了6×氘代和2×13C+4×15N两种同位素取代的甲硫氨酸进行短期培养，由此实现修饰位点二甲基化修饰的同位素标记。由于这两种同位素取代存在质量差（△m=0.043 Da），通过高精度质谱检测，研究者则可对这两种修饰进行鉴定与区分。这43 mDa的质量差，则被认为是该方法mNeuCode的“签名”。随后，他们开发了NeuCodeFinfer算法，对其中数据进行处理，流程如下：（1）使用PANDA的峰值检测算法来检测质谱中的所有单同位素峰；（2）将所有单同位素峰在3-30 mDa窗口内进行配对，生成伴侣峰的候选列表；（3）将成对的单同位素组装成同位素簇，每个簇中至少含有3个同位素峰；（4）导出数据，用于后续分析。基于此，他们可以先通过一次检测，找到符合NeuCode的峰簇，再对同一组样品进行一次PRM的靶向检测。最终，结果显示，他们在得到较高覆盖度的情况下，鉴定到了70种蛋白上的176种二甲基化精氨酸位点。其中，有38%的位点是首次被鉴定到的。

最后，为了鉴定结果的可信度，他们对鉴定到的潜在携带二甲基化精氨酸的蛋白进行验证。之前的报道中指出，FAM98A可能是精氨酸的二甲基化酶PRMT1的底物，但是没有具体修饰信息。本文中，作者发现FAM98A上存在5个二甲基化精氨酸位点。他们将FAM98A敲低后，回补了野生型或其修饰位点的突变体。结果显示，只有野生型的FAM98A能够回补其在细胞迁移过程中的功能。由此证明了其在FAM98A上鉴定到的二甲基化精氨酸位点的真实性，以及技术的可靠性。

综上，本文中，作者设计并建立了基于同位素标记和靶向蛋白质组学技术的mNeuCode技术，成功鉴定和表征了细胞中的二甲基化精氨酸的位点。对于二甲基化精氨酸相关疾病与生物学过程的研究来说，具有重要的意义。

本文作者：KLH

责任编辑：ZJ

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.analchem.2c04648

原文引用：DOI: 10.1021/acs.analchem.2c04648