近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所生物分離分析新材料與新技術(shù)研究組研究員葉明亮團(tuán)隊(duì)和上海有機(jī)化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心研究員劉聰團(tuán)隊(duì)合作，將硼酸化學(xué)引入到甲基化蛋白質(zhì)組分析方法中，并巧妙利用精氨酸殘基上不同修飾基團(tuán)的位阻差異，實(shí)現(xiàn)高效的精氨酸二甲基化肽段富集，顯著提高了蛋白質(zhì)甲基化的分析能力；利用此新方法，系統(tǒng)分析了蛋白質(zhì)分相過程中精氨酸二甲基化的變化，揭示了此類修飾的發(fā)生會降低蛋白質(zhì)的分相能力。

　　蛋白質(zhì)精氨酸甲基化是一種調(diào)控蛋白質(zhì)功能的重要翻譯后修飾，與較多疾病的發(fā)生發(fā)展相關(guān)。研究表明，精氨酸二甲基化會影響一些神經(jīng)退行性疾病相關(guān)蛋白的液-液相分離，以及相分離所驅(qū)動的無膜細(xì)胞器的產(chǎn)生。然而，受限于目前精氨酸二甲基化蛋白質(zhì)組分析技術(shù)覆蓋率不足，這類研究僅聚焦于少數(shù)幾個蛋白，尚未系統(tǒng)性探究精氨酸甲基化對蛋白質(zhì)相分離的影響。

　　本研究發(fā)現(xiàn)，不同甲基化修飾的精氨酸殘基在與鄰二酮類化合物反應(yīng)時，由于位阻不同，反應(yīng)活性差異巨大。合作團(tuán)隊(duì)據(jù)此設(shè)計了一種精氨酸二甲基化肽段的富集方法：先利用環(huán)己二酮選擇性的封閉無修飾精氨酸殘基，隨后利用丙酮醛選擇性的在二甲基化精氨酸殘基上修飾順式鄰二羥基，從而使得硼酸材料可以選擇性的富集精氨酸二甲基化肽段。相比傳統(tǒng)的免疫親和富集方法，該方法擁有較強(qiáng)的精氨酸二甲基化肽段富集能力，特別是在鑒定RG/RGG序列上的精氨酸二甲基化位點(diǎn)方面有更高的靈敏度。合作團(tuán)隊(duì)將該方法應(yīng)用于分析蛋白質(zhì)相分離過程中精氨酸甲基化的變化，發(fā)現(xiàn)包括G3BP1，F(xiàn)US，hnRNPA1、KHDRBS1在內(nèi)的一些與無膜細(xì)胞器或神經(jīng)退行性疾病相關(guān)的蛋白質(zhì)上的精氨酸二甲基化程度發(fā)生了顯著變化；系列實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，精氨酸甲基化會顯著降低這些蛋白質(zhì)的分相能力，且上述蛋白質(zhì)組分析中鑒定到變化的甲基化位點(diǎn)是調(diào)控蛋白質(zhì)相分離的關(guān)鍵因素。本工作開發(fā)了基于化學(xué)反應(yīng)的精氨酸二甲基化蛋白質(zhì)組分析方法，并利用這一方法揭示了精氨酸二甲基化對蛋白質(zhì)液-液相分離具有重要的調(diào)控作用。

　　葉明亮團(tuán)隊(duì)致力于蛋白質(zhì)磷酸化、糖基化、甲基化等翻譯后修飾分析新方法的研究，發(fā)展了基于可逆酶促化學(xué)標(biāo)記的O-GlcNAc糖肽無痕富集方法，克服了標(biāo)記基團(tuán)對糖肽質(zhì)譜檢測的干擾，實(shí)現(xiàn)了O-GlcNAc糖基化的高靈敏分析（Angew. Chem. Int. Edit.）；利用不同糖肽的同一肽段骨架具有相似碎裂規(guī)律的特點(diǎn)，發(fā)展出基于“模式識別”的肽段序列鑒定新方法，實(shí)現(xiàn)了譜圖拓展，顯著提高了N-鏈接位點(diǎn)特異性糖型的鑒定靈敏度，并可發(fā)現(xiàn)未知的糖鏈及糖鏈修飾（Nat. Commun.）。

　　相關(guān)研究成果以Global profiling of arginine dimethylation in regulating protein phase separation by a steric effect-based chemical-enrichment method為題，發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、大連化物所創(chuàng)新基金等的支持。

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科學(xué)家開發(fā)出精氨酸二甲基化蛋白質(zhì)組分析新方法