打破桎梏！真“棕榈酰化”组学破茧而出，破解位点检测困局！
2024-10-21
中科新生命
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一、国自然热门话题：肿瘤代谢，免疫炎症，神经类疾病，细胞焦亡中不可缺席的“棕榈酰化”
蛋白质棕榈酰化修饰是最常见的一种脂质修饰，即通过硫脂键将来源于棕榈酸的棕榈酰-辅酶A共价结合到蛋白的半胱氨酸（C）残基的修饰。棕榈酰化是一种可逆修饰，修饰和去修饰分别由棕榈酰基转移酶和脱棕榈酰化酶介导（修饰和去修饰酶均已知）。棕榈酰化和脱棕榈酰化循环持续影响或控制许多细胞和生理过程，棕榈酰化状态的改变与一系列人类疾病有关，从代谢性疾病到炎症性疾病、神经退行性疾病和癌症。
「READING」
下表总结了目前已报道的棕榈酰化修饰酶和去修饰酶在各种疾病及生物过程中的异常表达，提示了棕榈酰化/脱棕榈酰化的异常变化广泛参与了各种疾病和生物学过程[1]。
表1 棕榈酰化修饰酶和去修饰酶与多种疾病及生物过程的关联
以肿瘤为例，多种驱动肿瘤细胞过程改变的调控蛋白质如Ras家族GTPase、Src家族激酶、EGFR、MAPK、AKT、mTOR、Frizzled受体和LRP等均受到棕榈酰化调节。特别地，一项关于肿瘤免疫检查点PD-L1的研究发现，PD-L1的棕榈酰化对于其稳定性至关重要，通过阻止PD-L1棕榈酰化或将其棕榈酰化修饰酶ZDHHC沉默，将增强T细胞介导的肿瘤细胞杀伤。该研究表明抑制PD-L1的棕榈酰化是一种很有前途的防止肿瘤免疫逃避的策略[2]。
近5年发表了超100篇棕榈酰化高分研究成果。同时，我们也注意到，棕榈酰化的国自然基金中标数量也逐年攀升，这些均显示了该修饰研究的重要价值！
图1 棕榈酰化研究国自然中标数
二、高通量棕榈酰化检测的困局
棕榈酰化已经发现了超过40年，但因为以下几点原因，限制了科学家们利用高通量棕榈酰化组学技术进行相关研究。因此，开发高通量的、从棕榈酰化肽段/位点水平进行检测棕榈酰化组学技术变得尤为迫切。
图2 高通量棕榈酰化组学检测的限制
三、中科新生命的高通量棕榈酰化解决方案
打破桎梏，中科新生命【奥斯卡DIA棕榈酰化蛋白质组】破解棕榈酰化位点检测困局！
奥斯卡DIA棕榈酰化组基于经典的ABE方法原理[3]，经过充分优化和测试，最终实现修饰肽段/位点水平上的检测。同时，采用Astral高分辨质谱仪DIA检测，使棕榈酰化位点的检出深度达到新的高度。
图3 奥斯卡DIA棕榈酰化蛋白质组实验流程
该产品可用于多个研究场景：目前在肿瘤、炎症&免疫、神经、细胞焦亡、病毒感染和自噬等大领域方向有较多棕榈酰化高水平文章的产出，提示了在这些研究方向中棕榈酰化的重要性。此外，部分研究也是聚焦在棕榈酰化对目标蛋白质本身功能的调控。
图4 棕榈酰化研究领域分析
（1）全面揭示生理病理条件下的蛋白棕榈酰化特征
尽管已有少量研究报道生理病理条件下的棕榈酰化蛋白特征，但因为几乎都在蛋白水平，且检测深度受限。因此，非常有必要利用全新的从肽段/位点水平进行检测的技术（奥斯卡DIA棕榈酰化）获取新的、更全面的信息。
（2）生理病理分子机制挖掘
基于奥斯卡DIA棕榈酰化组得到了丰富的棕榈酰化变化信息，可进行深度机制挖掘，解析具体哪个蛋白质的哪个位点上的棕榈酰化以怎样的作用机制介导了生理病理过程。这类深入机制挖掘是国自然基金重点支持的研究，相关结果也将丰富我们对于生理病理过程的理解，并有望为临床疾病的预防、监测和治疗等带来新的机会。
（3）棕榈酰化和磷酸化/泛素化等修饰的crosstalk
棕榈酰化既影响蛋白质的磷酸化、泛素化、甲基化、乙酰化和琥珀酰化，又受其影响。相关的报道仍只是冰山一角。因此，需要更多的研究去探索这些修饰间的相关影响[1]。
各位老师有没有心动，赶快一睹中科新生命为大家精心研发的棕榈酰化产品的优势吧！
亮点1
目前已发表的棕榈酰化组几乎都是蛋白水平的检测，结果主要是棕榈酰化蛋白质，棕榈酰化位点信息匮乏，这对于要在位点层面上去研究的蛋白翻译后修饰来说，极为尴尬，研究者往往还需要锁定了棕榈酰化蛋白质后再针对性检测棕榈酰化位点，无疑增加了工作周期。而奥斯卡DIA棕榈酰化组实现了修饰肽段/位点水平的检测，是真正的“棕榈酰化”组！
图5 奥斯卡DIA棕榈酰化实现修饰肽段/位点水平检测
亮点2
奥斯卡DIA棕榈酰化组是修饰肽段/位点水平的检测，且使用了Astral高分辨质谱仪，在严格扣除阴性对照后，单样本的棕榈酰化位点数破14000，远超文献水平！
图6 奥斯卡DIA棕榈酰化检测能力vs.文献水平
亮点3
除基础分析（修饰位点统计、差异修饰分析、motif分析、亚细胞定位、结构域/GO功能/KEGG通路富集分析和蛋白相互作用（PPI）分析）外，我们针对棕榈酰化研究的特点，专门在标准报告中增加了如下特色分析：
特色分析1：转录因子分析、激酶分析+WGCNA分析
鉴于目前已经报道了棕榈酰化对转录因子[4]和激酶[5]这两类重要调控蛋白功能的影响，因此，增加转录因子和激酶的分析；对于较多样本项目还提供表型-组学关联分析（WGCNA）。
图7 转录因子分析、激酶分析和WGCNA分析重要结果图示例
特色分析2：膜蛋白分析
由于棕榈酰化修饰酶（ZDHHC）是一类跨膜蛋白，主要定位于质膜或者膜结合细胞器（指细胞质中所有具有膜结构的细胞器，如高尔基体、内质网等）。因此，棕榈酰化修饰酶的一类重要作用底物是膜蛋白，包括跨膜蛋白（离子通道、受体、转运蛋白）和外周膜蛋白等，如CD36、PDL1、S1PR1等。因此，我们专门开发了膜蛋白分析。
图8 非固有膜蛋白和固有膜蛋白分析统计示例图
图9 人质膜蛋白分析统计示例图
亮点4
奥斯卡DIA棕榈酰化样本要求量显著低于一些常见的修饰组学，蛋白质要求量低至1mg，同目前蛋白要求量最低的磷酸化组学！较低的样本量要求，降低了检测门槛，也能帮助研究者节约更多的实验材料、样本制备成本和收样周期等。
图10 奥斯卡DIA棕榈酰化蛋白质组样本要求量
[1] S Mesquita F, Abrami L, Linder ME, Bamji SX, Dickinson BC, van der Goot FG. Mechanisms and functions of protein S-acylation. Nat Rev Mol Cell Biol. 2024;25(6):488-509.
[2] Yao H, Lan J, Li C, et al. Inhibiting PD-L1 palmitoylation enhances T-cell immune responses against tumours [published correction appears in Nat Biomed Eng. 2019 May;3(5):414. doi: 10.1038/s41551-019-0402-7]. Nat Biomed Eng. 2019;3(4):306-317.
[3] Wan J, Roth AF, Bailey AO, Davis NG. Palmitoylated proteins: purification and identification. Nat Protoc. 2007;2(7):1573-1584.
[4] Zhang M, Zhou L, Xu Y, et al. A STAT3 palmitoylation cycle promotes TH17 differentiation and colitis. Nature. 2020;586(7829):434-439.
[5] Bu L, Zhang Z, Chen J, et al. High-fat diet promotes liver tumorigenesis via palmitoylation and activation of AKT. Gut. 2024;73(7):1156-1168.
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