Angew. Chem. Int. Ed. | 化学选择性的富集策略用于甲基化赖氨酸蛋白质组的深入研究

分享一篇发表在Angewandte Chemie International Edition上的文章，文章题目为“A Chemoselective Enrichment Strategy for In-Depth Coverage of the Methyllysine Proteome”，文章通讯作者为西湖大学的吴明轩教授，他们课题组专注于通过有机小分子合成和蛋白质半合成开发使用化学工具，探索生物医学的基础问题，从而帮助研发新型药物治疗癌症等疾病。

翻译后修饰（PTM）在调节细胞进程中发挥着重要作用，赖氨酸的甲基化修饰是一种重要的PTM，通常在染色质调控中发挥作用，尽管赖氨酸的甲基化十分重要，但是对它的研究进展较为缓慢，主要是因为甲基化的赖氨酸在蛋白质组中丰度低，需要对其富集之后进行质谱分析，从而鉴定甲基化的修饰位点，研究其功能。但是目前没有较为可靠、通用的蛋白质组富集方法。本文作者开发了一种富集单甲基化赖氨酸的芳基重氮树脂，可以帮助研究人员深入研究单甲基化赖氨酸蛋白质组。

作者通过文献调研发现芳基重氮可以与生物分子的二级胺反应且在固相多肽合成中有一定的应用，但是芳基重氮也会与蛋白上的酪氨酸发生反应，于是作者在芳基重氮的基础上对其进行结构优化，使其可以选择性地与甲基化的赖氨酸反应，而不与酪氨酸反应，同时在水溶液中的稳定性要好。通过一系列结构优化，作者得到了具有较高反应性且选择性也比较好的化合物9和8，之后作者合成了对应的树脂，含有单甲基化赖氨酸的肽段与芳基重氮反应之后，可以用酸从树脂上释放下来。作者比较了化合物9和8对应树脂对肽段的富集效果和释放效果，化合物9对应的树脂9r表现较好，后续均使用9r进行质谱实验。通过两轮的9r树脂富集，作者可以在3mg蛋白样品中鉴定到14511个含有单甲基化赖氨酸的肽段，且9r在各种细胞系和组织样品中都表现良好。

之后，作者利用9r树脂研究了细胞中赖氨酸单甲基化的动态变化过程，赖氨酸上的甲基化是由甲基转移酶利用S-腺苷蛋氨酸（SAM）作为甲基供体催化产生的，于是作者用不含蛋氨酸的培养基和重标S-CD3蛋氨酸进行细胞培养，进行六次传代培养之后又换回正常的培养基进行培养，然后作者对单甲基化赖氨酸蛋白质组进行分析，发现重标甲基化赖氨酸的含量在第二代细胞就已经达到饱和，且K-CD3的肽段含量变化十分迅速。之后作者分析了K-CD3/K-CH3的比例，发现含有K-CD3的肽段比含有K-CH3的肽段数量少很多，约95%的Kme1与SAM无关，而在一些较为经典的组氨酸甲基化位点上，例如H3K27、H3K36、H3K79则都是重标甲基标记，说明它们是依赖SAM催化的。

综上所述，作者开发了一种化学选择性富集单甲基化赖氨酸肽段的树脂，可用于单甲基化赖氨酸蛋白质组的研究，且作者研究发现大部分的赖氨酸甲基化的发生不依赖于SAM。

本文作者：LZ

责任编辑：FTY

文章链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202408564

原文引用：DOI：10.1002/anie.202408564