蛋白質(zhì)中的半胱氨酸（Cys）殘基富含親核硫原子，是一個極其活躍的氨基酸殘基，不僅經(jīng)常參與酶反應(yīng)，還可使半胱氨酸發(fā)生廣泛的翻譯后修飾（PTM），這些修飾導(dǎo)致一系列生化反應(yīng)并調(diào)節(jié)各種生理和病理過程，例如自噬、蛋白質(zhì)穩(wěn)定、氧化還原穩(wěn)態(tài)和細(xì)胞信號傳導(dǎo)，并且研究發(fā)現(xiàn)半胱氨酸PTM與許多人類疾病密切相關(guān)，比如癌癥、糖尿病等。對半胱氨酸PTM位點的鑒定與分析是探索其在生物活動中的功能作用的基礎(chǔ)，但是，由于修飾水平低及修飾狀態(tài)的動態(tài)變化，使得在蛋白質(zhì)組學(xué)水平上直接檢測半胱氨酸PTM具有很大的挑戰(zhàn)性。

基于此，拜譜生物專業(yè)研發(fā)團隊經(jīng)過反復(fù)實驗，創(chuàng)新研發(fā)出棕櫚?；?span style="font-weight:700;border:0px;margin:0px;padding:0px;">獨家)、亞硝基化、谷胱甘肽化、氧化還原修飾蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，半胱氨酸巰基化、次磺酸化修飾組學(xué)也在研發(fā)中。拜譜生物特色組學(xué)技術(shù)采用生物素交換法，能夠更特異的結(jié)合修飾基團，大幅度提升修飾位點鑒定數(shù)目，并且進一步優(yōu)化富集效率，提高半胱氨酸巰基穩(wěn)定性，以提升低豐度修飾位點定量準(zhǔn)確性，助力剖析半胱氨酸修飾的分子機制和調(diào)控作用，解析疾病相關(guān)分子機制等。

拜譜生物棕櫚?；喯趸?、氧化還原修飾組學(xué)技術(shù)路線

（圖片再編輯，源自：Guo J, et al, Nat Protoc, 2014）

項目經(jīng)驗

拜譜生物在棕櫚?；?、亞硝基化、氧化還原修飾組學(xué)方面擁有豐富的服務(wù)經(jīng)驗，修飾位點鑒定量普遍在8000以上，棕櫚?；揎椢稽c鑒定量更是突破20000+，比如在人源卵巢組織中鑒定到21051個棕櫚?；揎椢稽c，人源細(xì)胞中鑒定到20794個棕櫚?；揎椢稽c；白菜的亞硝基化修飾位點鑒定量也能達(dá)到9000+。

拜譜生物棕櫚酰化、亞硝基化、氧化還原修飾組學(xué)部分項目數(shù)據(jù)

送樣建議

拜譜生物棕櫚酰化、亞硝基化、氧化還原修飾組學(xué)可廣泛應(yīng)用于動、植物研究中，具體送樣建議見下表。

拜譜生物棕櫚?；喯趸?、氧化還原修飾組學(xué)送樣建議

應(yīng)用方向

拜譜生物棕櫚?；?、亞硝基化、氧化還原修飾可廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)腫瘤分子分型、疾病標(biāo)志物篩選、疾病調(diào)控機制、藥物靶點研究、生殖發(fā)育等；植物生長發(fā)育、抗逆機制、病理等；以及食品安全與檢測等方面。

應(yīng)用案例

1、棕櫚?；禾悄虿?/span>

文獻名稱：Palmitoylation couples insulin hypersecretion with β cell failure in diabetes

發(fā)表期刊：Cell Metabolism（IF=31.373）

發(fā)表時間：2023

技術(shù)方法：棕櫚?；揎椀鞍踪|(zhì)組學(xué)

樣品類型：人/小鼠胰島細(xì)胞、組織

研究內(nèi)容：該研究對人體胰島組織、細(xì)胞進行了系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)人體組織胰島素的過量生產(chǎn)與棕櫚酰化過程相關(guān)，并且這種棕櫚?；饔每杀货；鞍琢蝓ッ?（APT1）逆轉(zhuǎn)。通過棕櫚?；鞍踪|(zhì)組學(xué)發(fā)現(xiàn)，Scamp1是定位于胰島素分泌顆粒的APT1底物，被敲低后會引起胰島素分泌過多，促進β細(xì)胞衰竭，提示棕櫚?；瘏⑴c糖尿病的發(fā)病過程。該研究模擬了某些形式的人類2型糖尿病的發(fā)病機制，為高風(fēng)險人群提供了預(yù)防或延緩糖尿病的潛在靶點。

棕櫚?；瘏⑴c糖尿病的發(fā)病過程

（圖源：Dong G, et al., Cell Metab, 2023）

2、亞硝基化：十字花科作物育種

文獻名稱：Stigm are ceptors control intraspecies and interspecies barriers in Brassicaceae

發(fā)表期刊：Nature（IF= 69.5）

發(fā)表時間：2023

技術(shù)方法：亞硝基化修飾蛋白質(zhì)組學(xué)（拜譜生物提供技術(shù)服務(wù)）

樣品類型：大白菜

研究內(nèi)容：該研究證明了SI花粉決定因素S-locus半胱氨酸富集蛋白/S位點蛋白11（SCR/SP11）或UI花粉信號與SI雌性決定因子S-locus受體激酶（SRK）結(jié)合，激活FER結(jié)構(gòu)域進而介導(dǎo)ROS含量從而抑制SI柱頭與UI花粉相結(jié)合；且觸發(fā)NO，亞硝酸FER也會抑制SC柱頭中的ROS，以種內(nèi)優(yōu)先的方式促進花粉生長，保持物種完整性。該研究研發(fā)了打破遠(yuǎn)緣雜交生殖隔離的育種技術(shù)，成功獲得了大白菜的種間、屬間遠(yuǎn)緣雜交胚，開辟了遠(yuǎn)緣雜交育種的新思路和新途徑。

打破十字花科作物遠(yuǎn)程育種的柱頭屏障

（圖源：Huang J, et al., Nature, 2023）

3、氧化還原修飾：衰老

文獻名稱：A Quantitative Tissue-Specific Landscape of Protein Redox Regulation during Aging

發(fā)表期刊：Cell（IF=38.637）

發(fā)表時間：2020

技術(shù)方法：氧化還原修飾蛋白質(zhì)組學(xué)

樣品類型：小鼠心臟、肝臟、腦等組織

研究內(nèi)容：在該研究中，研究人員開發(fā)了Oximouse，對小鼠體內(nèi)半胱氨酸氧化還原蛋白質(zhì)組進行了全面的定量和定位，揭示了半胱氨酸氧化還原網(wǎng)絡(luò)具有組織選擇性。此外，研究人員還全面鑒定了氧化還原修飾的疾病網(wǎng)絡(luò)，為氧化還原失調(diào)和組織衰老之間長期存在的聯(lián)系建立了系統(tǒng)的分子基礎(chǔ)，同樣也表明了蛋白質(zhì)組學(xué)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究中的重要戰(zhàn)略意義。

氧化還原調(diào)節(jié)蛋白與疾病網(wǎng)絡(luò)的年齡依賴性重塑

（圖源：Xiao H, et al., Cell, 2020）

技術(shù)學(xué)習(xí)

半胱氨酸PTM類型主要有三類，包括脂質(zhì)PTM（S-棕櫚?；龋?、氧化PTM（S-亞硝基化、S-谷胱甘肽化、S-二硫化等），和代謝物PTM。這些修飾導(dǎo)致一系列生化反應(yīng)并調(diào)節(jié)各種生理和病理過程，例如自噬、蛋白質(zhì)穩(wěn)定、氧化還原穩(wěn)態(tài)和細(xì)胞信號傳導(dǎo)等。

半胱氨酸修飾類型

（圖源：CysModDB網(wǎng)站，https://cysmoddb.bioinfogo.org/）

1、棕櫚?；?/span>

棕櫚酰化修飾（palmitoylation或S-palmitoylation或S-acylation）根據(jù)其連接方式可以分為S-棕櫚?；?、N-棕櫚?；蚈-棕櫚?；?。其中，S-棕櫚?；侵负?6個碳原子的飽和棕櫚酸和蛋白的半胱氨酸殘基的S端結(jié)合，形成不穩(wěn)定的硫酯鍵，這種棕櫚?；哂锌赡嫘?，可在時間和空間上調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的功能，因此棕櫚?；揎椡ǔＪ侵窼-棕櫚?；?。在所有脂質(zhì)化修飾中，棕櫚?；揎椬饔米钇毡椋绊懠s20％的蛋白質(zhì)組。

棕櫚?；黾恿说鞍踪|(zhì)的疏水性，增強了蛋白與細(xì)胞膜的親和性，將胞漿蛋白瞬時靶向到細(xì)胞膜上，因而可用于研究蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運和定位。此外，棕櫚?；瘜⒌鞍踪|(zhì)束縛到膜微域中，例如脂筏，從而調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的活性、穩(wěn)定性和多蛋白質(zhì)復(fù)合物的形成。

蛋白質(zhì)S-棕櫚?；揎?/span>

（圖源：Sobocińska J, et al., Front Immunol, 2018）

2、亞硝基化

一氧化氮（NO）作為第二信使通過兩種信號傳導(dǎo)途徑對細(xì)胞產(chǎn)生影響，一種是cGMP信號通路，另一種與之平行的信號傳導(dǎo)途徑就是S-亞硝基化。NO基團與蛋白的半胱氨酸巰基（S端）共價連接形成穩(wěn)定的亞硝基硫醇，這種蛋白修飾被稱為亞硝基化修飾（nitrosylation或S-nitrosylation）。亞硝基化基于氧化還原的信號傳導(dǎo)，通過調(diào)節(jié)酶活性、亞細(xì)胞定位或蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用從而影響蛋白質(zhì)的功能。

蛋白質(zhì)S-亞硝基化修飾

（圖源：Zhou HL, et al., Nat Rev Endocrinol, 2022）

3、氧化還原

蛋白質(zhì)半胱氨酸氧化修飾由活性氧（ROS）介導(dǎo)，包括二硫鍵(S-S)形成、S-谷胱甘肽化（SSG）、S-亞硝基化（SNO）、S-亞磺?；⊿OH）等，這幾種半胱氨酸氧化修飾可以被相應(yīng)的還原劑還原成游離巰基（-SH），這種可逆的修飾可以調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的構(gòu)象和功能，包括基因轉(zhuǎn)錄，代謝，信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，凋亡，以及蛋白質(zhì)的運輸和亞細(xì)胞定位，進而影響細(xì)胞生理過程和細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。

半胱氨酸氧化修飾類型

（圖源：Finelli MJ, Front Aging Neurosci, 2020）

4、谷胱甘肽化

在氧化應(yīng)激狀態(tài)下，蛋白質(zhì)上的半胱氨酸殘基和谷胱甘肽（Glutathione，GSH）可以形成混合型二硫鍵，發(fā)生蛋白質(zhì)的谷胱甘肽化，其去谷胱甘肽化過程主要由谷氧還蛋白（Grx1）催化。蛋白質(zhì)S-谷胱甘肽化是一種可逆的翻譯后修飾，可以改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、活性、亞細(xì)胞定位以及與小分子和其他蛋白質(zhì)的相互作用，一方面可以保護蛋白免于發(fā)生磺酸化等不可逆的氧化損傷，另一方面和磷酸化修飾一樣發(fā)揮信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能，在各種生理活動和病理事件中的氧化還原信號傳導(dǎo)和調(diào)節(jié)中起著關(guān)鍵作用。

蛋白質(zhì)S-谷胱甘肽化修飾

（圖源：Li X, Zhang T, et al., Antioxidants (Basel), 2022）

參考文獻：

[1] Meng Y, Zhang L, Zhang L, et al. CysModDB: a comprehensive platform with the integration of manually curated resources and analysis tools for cysteine posttranslational modifications.Brief Bioinform. 2022;23(6):bbac460. doi:10.1093/bib/bbac460.

[2] Dong G, Adak S, Spyropoulos G, et al. Palmitoylation couples insulin hypersecretion with β cell failure in diabetes [published online ahead of print, 2023 Jan 6]. Cell Metab. 2023;S1550-4131(22)00549-doi:10.1016/j.cmet.2022.12.012.

[3] Huang J, Yang L, Yang L, et al. Stigma receptors control intraspecies and interspecies barriers in Brassicaceae [published online ahead of print, 2023 Jan 25]. Nature. 2023;10.1038/s41586-022-05640-x. doi:10.1038/s41586-022-05640-x.

[4] Xiao H, Jedrychowski MP, Schweppe DK, et al. A Quantitative Tissue-Specific Landscape of Protein Redox Regulation during Aging. Cell. 2020;180(5):968-983.e24. doi:10.1016/j.cell.2020.02.012.

[5] Li X, Zhang T, Day NJ, Feng S, Gaffrey MJ, Qian WJ. Defining the S-Glutathionylation Proteome by Biochemical and Mass Spectrometric Approaches. Antioxidants (Basel). 2022;11(11):2272. Published 2022 Nov 17. doi:10.3390/antiox11112272.