近日，中國科學(xué)院上海藥物研究所陳小華課題組與譚敏佳課題組合作，在Nature Communications期刊發(fā)表題為“Spatiotemporal and direct capturing global substrates of lysine-modifying enzymes in living cells”的研究論文。在該項研究中，科研團隊利用前期開發(fā)的PANAC光點擊化學(xué)，發(fā)展了一種在活細(xì)胞內(nèi)直接捕捉“修飾調(diào)控酶—底物”相互作用的時空可分辨解析新方法，為蛋白質(zhì)相互作用和蛋白質(zhì)翻譯后修飾研究提供了新工具。

蛋白質(zhì)修飾調(diào)控酶影響諸多蛋白質(zhì)功能并參與系列生物學(xué)過程，精確解析“修飾調(diào)控酶—底物”的動態(tài)互作對于深入理解蛋白質(zhì)功能和靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)具有重要意義。然而，利用現(xiàn)有技術(shù)直接進行“修飾調(diào)控酶—底物”的時空動態(tài)全局性解析，尤其對動態(tài)和微弱相互作用產(chǎn)生的修飾底物、修飾位點的準(zhǔn)確鑒定，非常具有挑戰(zhàn)性。作為直接捕捉“修飾調(diào)控酶—底物”動態(tài)互作策略的概念性驗證，陳小華、譚敏佳團隊基于前期發(fā)展的化學(xué)生物學(xué)工具（Chem 2019, 5, 2955; Nat. Commun. 2020, 11, 5472; Nat. Chem. 2023, 15, 803），發(fā)展了一種在活細(xì)胞中直接捕捉賴氨酸酰基化修飾酶的全局性底物新方法（圖1）。

本項研究中，通過整合酰基化修飾調(diào)控酶的催化機制、及在酶活性口袋中定點引入的賴氨酸殘基選擇性交聯(lián)的非天然氨基酸，科研人員實現(xiàn)了對多種原核系統(tǒng)的賴氨酸修飾調(diào)控酶（PatZ、YiaC、LplA、TmcA、YjaB）和真核系統(tǒng)的賴氨酸修飾調(diào)控酶（Tip60、GCN5）底物的直接捕捉和全局性解析，發(fā)現(xiàn)了新底物、新修飾位點和蛋白質(zhì)新功能。其中，研究發(fā)現(xiàn)PatZ的新底物AcrA-K131乙酰化修飾能夠影響多藥外排泵AcrA-AcrB-TolC的形成，從而調(diào)控多藥外排泵對抗生素的外排功能。

該項研究中全局性修飾底物的發(fā)現(xiàn)，擴展了對蛋白質(zhì)翻譯后修飾酶的機制、潛在修飾底物、蛋白質(zhì)功能的認(rèn)識；新底物的發(fā)現(xiàn)及功能驗證為相關(guān)疾病機制的研究提供了新的思路，也為蛋白質(zhì)動態(tài)相互作用的調(diào)控提供了新途徑。該策略的成功實現(xiàn)，能夠啟發(fā)更多其他類型的蛋白質(zhì)翻譯后修飾調(diào)控酶—底物的直接捕捉和全局性解析方法的發(fā)現(xiàn)，也為蛋白質(zhì)相互作用及靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)相關(guān)的研究提供了有效的化學(xué)生物學(xué)工具。

上海藥物所副研究員胡昊，博士后胡偉、郭安娣，副研究員翟琳輝為本論文的共同第一作者。陳小華研究員、譚敏佳研究員為本論文的通訊作者。該工作得到國家自然科學(xué)基金委“生物大分子動態(tài)修飾與化學(xué)干預(yù)”重大研究計劃、國家杰出青年科學(xué)基金、科技部重點研發(fā)計劃等項目的支持。此項工作獲得中國科技大學(xué)姚雪彪教授、劉行教授，北京航空航天大學(xué)劉超副教授的大力幫助和支持。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45765-3

圖1. 本工作發(fā)展的直接捕捉“修飾調(diào)控酶—底物”的新方法

（供稿部門：陳小華課題組、譚敏佳課題組）