Cell报道基于复合蛋白组动态分析系统监测蛋白质稳态调控的研究

2023-05-10 14:56:27

细胞内蛋白质稳态的平衡通过控制蛋白质的合成与降解来实现。外部的刺激因素(例如病原微生物)或疾病的发生都会引起蛋白质稳态的失衡,影响细胞内蛋白的表达。蛋白质的降解通过泛素连接酶,去泛素化酶与蛋白酶协同作用,从而精确调控蛋白质降解相关信号通路的激活【1,2】。然而,在蛋白组水平监测蛋白质降解的起因与结果以及这一过程怎样调控生物系统的动态变化,目前未有相关研究报道。


3月16日,Cell杂志在线发表了德国科学家完成的题为Multiplexed Proteome Dynamics Profiling Reveals Mechanisms Controlling Protein Homeostasis的论文,研究建立了一种新型的复合蛋白组动态分析系统,针对细胞精确调控蛋白质降解的机制进行解析。



为了解析细胞水平变化是怎样影响蛋白质的合成与降解,研究人员开发了一个复合蛋白组动态分析系统(multiplexed proteome dynamics profiling,mPDP),这个系统结合了稳定同位素标记技术(Stable isotope labeling with amino acids in cell culture,SILAC)与多肽体外标记技术(Tandem Mass Tag,TMT)(下图),使得在不同刺激条件下与生物学重复之间,都可以通过单次生物质谱的检测获得细胞内成熟蛋白组与新生蛋白组的灵敏、精确定量结果。



研究人员利用此系统首先进行了验证实验。靶向嵌合体蛋白水解技术(proteolysis targeting chimera,PROTAC)是广泛应用的降解特定蛋白的技术,通过偶联的配体招募E3泛素连接酶水解蛋白【3】。作者利用mPDP结合PROTAC技术,验证了BET家族(bromodomain and extra-terminal domain (BET) family)抑制剂JQ1与JQ1-PROTAC靶向降解的蛋白组,并发现FYTTD1蛋白是此前未被鉴定到的JQ1目标水解蛋白,且FYDD1的降解可以完全抑制mRNA的转运从而抑制蛋白合成。其次,作者在细胞系(Jurkat与MCF-7)中通过mPDP验证雌激素受体表达模式发现,HSP90组成型结合蛋白在蛋白合成时便需要HSP90的协助,且HSP90组成型结合蛋白相比非组成型结合蛋白具有更低的热稳定性【4】与更高的HSP90结合效率。进一步地,作者在原代T细胞中利用mPDP进行了HSP90结合蛋白的蛋白组稳态验证。阻抑HSP90的表达可完全抑制TCR通路的激活,且HSP90组成型结合蛋白与此前研究相比,具有更高的蛋白鉴定数与更短的半衰期。


因此,研究人员总结表示:复合蛋白组动态分析系统(mPDP)是一个强有力的的研究工具,可系统性鉴定活性水解的目标蛋白并阐明生物系统降解蛋白的机制


参考资料:

1. Goldberg, A.L. (2003). Protein degradation and protection against misfolded or damaged proteins. Nature 426, 895–899.

2. Labbadia, J., and Morimoto, R.I. (2015). The biology of proteostasis in aging and disease. Annu. Rev. Biochem. 84, 435–464.

3. Lai, A.C., and Crews, C.M. (2017). Induced protein degradation: an emerging drug discovery paradigm. Nat. Rev. Drug Discov. 16, 101–114.

4. Franken, H., Mathieson, T., Childs, D., Sweetman, G.M.A., Werner, T., To¨ gel, I., Doce, C., Gade, S., Bantscheff, M., Drewes, G., et al. (2015). Thermal proteome profiling for unbiased identification of direct and indirect drug targets using multiplexed quantitative mass spectrometry. Nat. Protoc. 10,1567–1593.

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