分享一篇发表在J. Am. Chem. Soc.上的文章，题目为“Decoding Arginine Dimethylation Isomers via pH-Tuned Reactivity with Methylglyoxal: A Chemical Approach for Functional Proteomics”，通讯作者是来自大连化物所的叶明亮教授和王科云教授，他们主要研究蛋白质组学，还有来自辽宁师范大学的王安辉教授，他主要研究计算化学和计算生物学。这篇文章中作者利用pH调节的甲基乙二醛反应性区分了精氨酸二甲基化异构体并进行了化学蛋白质组学分析。

甲基化是最小的也是最重要的修饰类型之一，其中蛋白质精氨酸甲基化因其在许多重要生物过程，如DNA损伤反应中的关键作用而备受关注。迄今为止，已经在哺乳动物细胞中发现了三种不同的精氨酸甲基化，分别是单甲基化（MMA）、非对称二甲基化（aDMA）和对称二甲基化（sDMA），其writer蛋白为III型、I型、II型精氨酸甲基转移酶（PRMT）。已经开发了多种基于质谱的蛋白质组学工具用于研究精氨酸甲基化，但是，除了分析甲基化位点，还应该致力于区分不同的甲基化形式，比如非对称或对称二甲基化，他们有着相同的质量位移，但是产生不同的生物学影响。比如组蛋白上非对称二甲基化引起转录激活，而对称二甲基化则与转录抑制有关。在癌症等治疗领域，开发不同亚型的PRMT抑制剂达到不同疗效也是十分重要的。因此，区分对称或非对称二甲基化将直接促进靶点选择、生物学影响和药物开发。

为了对两种精氨酸二甲基化进行区分，研究人员已经开发了基于特异性抗体的方法及中性丢失检测，但是两种方法的区分能力都有限。在本文中，作者尝试将二甲基化精氨酸与甲基乙二醛反应，产物可以用苯硼酸进行富集。

首先，作者进行了分子动力学模拟和实验验证，证明仅sDMA可以与甲基乙二醛反应，且受到pH影响。当pH由10变成10.6时，反应产率由很低迅速提高。

于是，作者使用这一策略对对称或非对称二甲基化进行区分。加入甲基乙二醛并发生浓度依赖的反应，经过苯硼酸富集，得到sDMA，剩下的部分为aDMA。

作者合成了四对含有sDMA或aDMA的肽，证明了当pH由10升高到10.6时即可获得高效的分离结果。作者定义每条肽的AS值，即pH10.6时肽段强度与pH10时肽段强度的比值，用来区分两种异构体。

作者接下来进行了组学分析，鉴定到接近400个DMA形式肽，分析其AS值，共找到6条sDMA肽和44条aDMA肽。GO分析表明sDMA与剪接体组装有关，而aDMA则与转录、RNA代谢有关。该结果说明了两种二甲基化异构体的不同生物学功能。

作者接下来研究了sDMA修饰在SNRPN螺旋体蛋白的功能，该靶蛋白的AS值最高，说明存在sDMA修饰。使用修饰抗体进行识别也证明了这一点。

作者共表达SNRPN和sDMA writer PRMT5，证明了两个蛋白存在相互作用。通过使用PRMT5抑制剂，作者证明了SNRPN上的sDMA修饰是通过PRMT5而形成的。

为了研究sDMA的功能，作者分析了SNRPN或其R112K突变体的互作蛋白，共找到12种差异蛋白，它们可能影响剪接体组装。此外还通过CETSA证明sDMA可能影响蛋白热稳定性。

​

总之，本文开发了一种化学方法用于区分对称或非对称精氨酸二甲基化，进行了蛋白质组学分析和功能研究。

本文作者：WYJ

责任编辑：WYQ

DOI：10.1021/jacs.5c14304

原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c14304