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干货 | 一文快速get翻译后修饰研究技巧

2021-05-19
中科新生命
3711
随着质谱技术的快速发展，翻译后修饰组学的研究也呈现井喷式的增长。但是翻译后修饰相对蛋白质组学来讲，研究难度较大。除了翻译后修饰本身丰度低，检测技术方法要求较高以外，修饰类型的种类多样性以及功能多样性也是困扰大家快速选择合适研究的重要原因。本期从泛素化、乙酰化、磷酸化、糖基化四大修饰类型入手，汇总各种修饰发生过的生物学过程、参与的生物学功能以及研究推荐的解决方案，希望可帮助大家快速找到适合自己研究背景的修饰方向。
泛素化
蛋白表达水平调控者
泛素(ubiquitin, Ub)是一种由76个氨基酸组成的小分子蛋白质, 广泛存在于所有真核细胞中, 且序列高度保守, 从酵母到人仅相差3个氨基酸。泛素分子全长包含7个赖氨酸位点(K6, K11, K27, K29, K33, K48和K63)，如果靶蛋白结合单个泛素分子, 则称为单泛素化；如果靶蛋白的多个Lys残基同时被单个泛素分子标记称为多泛素化；而靶蛋白的单个Lys残基被多个泛素分子标记则称为多聚泛素化。

生物学过程及功能 

泛素-蛋白酶体降解途径(ubiquitin-pro-teasomepathway, UPP)介导了真核生物体内80%~85%的蛋白质降解。泛素化过程通常需要3种泛素化酶的协同作用: E1泛素激活酶(ubiquitin-activating enzyme)、E2 泛素偶联酶(ubiquitin-conjugating enzymes)和 E3 泛素连接酶(ubiquitin-ligase enzymes)。可参见如下泛素化发生过程图。泛素-蛋白酶体降解是调控蛋白表达水平的重要机制，参与了几乎所有生命过程，通过对蛋白质稳定性、定位、活性以及相互作用的调控，广泛参与转录调节、DNA损伤修复、细胞周期、细胞凋亡、囊泡运输等生理过程。

泛素化发生过程图

重点推荐应用方向 

推荐组学方法

4D 蛋白质组学+4D 泛素化组学 


糖基化

免疫识别与应答的关键

糖基化是一种古老的蛋白质翻译后修饰，常见于细胞外的糖被结构和细胞内部的内质网和高尔基体内。相对于磷酸化、乙酰化修饰等相对较为简单的翻译后修饰来讲，糖基化修饰稍显复杂。但是糖类重要的生物学功能不容忽视，例如细胞外的糖被是由糖蛋白和糖脂组成。糖被中的糖蛋白通常带有多聚糖类型的糖基化修饰，糖被不仅能保护和润滑细胞,而且与细胞表面的识别以及细胞的黏连都有关系。根据氨基酸和寡糖链糖苷键链接的不同，最受到关注以及研究较多的是如下两类糖基化：
以丝氨酸（ser），苏氨酸(Thr)和羟赖氨酸的羟基为连接点，形成O-链接糖型。 
O-糖基化位点不具有保守性的蛋白特征序列,且存在多种核心结构。O-糖型组成可以由一个或者多个单糖单元组，结构较为简单,但连接方式和亚型繁多,因此结构较为复杂。

O糖型结构组成


以天冬酰胺（Asn）的酰胺基、N末端氨基酸的α -氨基或精氨酸的ω- 氨基等为连接点，形成N-连接糖基。 
N-糖基化位点修饰具有保守的氨基酸序列NX-S/T，其中X为除脯氨酸意外的其他氨基酸。且寡糖链也是较为规则的，有一个五糖核心和0-4个天线分叉组成的较为保守的糖链结构。

N 糖型结构组成


在做糖基化修饰之前一定要确定好研究目的：如是某样品中糖基化位点，还是对感兴趣的糖型组成，或是位点特异性糖型，可能所采用的技术路线有较大差异，感兴趣的童鞋可以参考如下糖组学检测的实验过程。

质谱法大规模糖组学研究流程


重点推荐应用方向 

推荐组学方法

糖基化定位定量组学、糖肽组学等


乙酰化

高度保守的代谢调控

乙酰化修饰（acetylation）是指在酶（或非酶）的作用下将乙酰CoA的乙酰基团转移至蛋白质氨基酸残基上。说到乙酰化修饰，目前研究最多的是组蛋白上的乙酰化修饰，其在表观调控过程中至关重要。然而，乙酰化修饰更广泛的功能并不限制于在细胞核内，在胞浆及其他亚细胞中的大量的蛋白上，也存在着丰富的乙酰化修饰，我们称为非组蛋白的乙酰化修饰。


代谢调控是赖氨酸乙酰化修饰的最重要功能，无论是真核生物还是原核生物。代谢调控是生物的最基本、最重要的功能。代谢酶的乙酰化修饰是及其广泛的，包括三羧酸循环、糖异生、糖酵解、糖原代谢、脂肪酸代谢、尿素循环等，而在这些代谢通路中，发生乙酰化修饰的代谢酶所占比例竟高达90%。此外，从原核到真核生物，乙酰化的代谢调控都普遍存在的，因此，乙酰化的代谢调控在进化上是十分保守的。

重点推荐应用方向 

代谢综合症、运动与健康、肝脏脂代谢、能量代谢调控

推荐机制+表型

4D乙酰化+非靶代谢组学4D 乙酰化+能量代谢


磷酸化

信号通路调控的开关

磷酸化是目前研究认知程度较高也是研究选择较多的翻译后修饰。蛋白磷酸化修饰发生的过程是指在激酶催化作用下把ATP或者GTP的磷酸基团（P04）转移到三种不同种类的氨基酸上（主要包括丝氨酸S、苏氨酸T、酪氨酸Y），从而使蛋白质发生翻译后修饰的过程。特点：生物体内有超过三分之一的蛋白可以发生磷酸化修饰，号称“修饰之王”，普遍参与信号传递与信号调控过程，通过磷酸化与去磷酸化起到分子开关的作用。

重点推荐应用方向 

神经、肿瘤，植物抗逆、植物激素调控等

推荐组学方法

蛋白+磷酸化组学机制研究黄金搭档组合

中科新生命修饰组学产品线介绍

经过多年潜心研发，【中科新生命】不仅提供适合临床大队列样本的DIA磷酸化蛋白质组学至磷酸化蛋白PRM靶向验证的一站式服务；更针对不同实验需求，推出了泛素化、乙酰化、糖基化、甲基化等众多修饰组学，欢迎感兴趣的老师前来咨询。


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