我所開發出精氨酸二甲基化蛋白質組分析新方法

近日，我所生物分離分析新材料與新技術研究組（1809組）葉明亮研究員團隊和上海有機化學研究所生物與化學交叉研究中心劉聰研究員團隊合作，將硼酸化學引入到甲基化蛋白質組分析方法中，并巧妙利用了精氨酸殘基上不同修飾基團的位阻差異，實現了高效的精氨酸二甲基化肽段富集，顯著提高了蛋白質甲基化的分析能力；利用此新方法，系統分析了蛋白質分相過程中精氨酸二甲基化的變化，揭示了此類修飾的發生會降低蛋白質的分相能力。

　　蛋白質精氨酸甲基化是一種調控蛋白質功能的重要翻譯后修飾，其與眾多疾病的發生發展密切相關。研究表明，精氨酸二甲基化會影響一些神經退行性疾病相關蛋白的液—液相分離，以及相分離所驅動的無膜細胞器的產生。然而，受限于目前精氨酸二甲基化蛋白質組分析技術覆蓋率不足，這類研究只聚焦于少數幾個蛋白，尚未有系統性研究過精氨酸甲基化對蛋白質相分離的影響。

　　本研究發現，不同甲基化修飾的精氨酸殘基在與鄰二酮類化合物反應時，由于位阻不同，反應活性差異巨大。合作團隊據此設計了一種精氨酸二甲基化肽段的富集方法：先利用環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。相比傳統的免疫親和富集方法，該方法擁有較強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方面有更高的靈敏度。合作團隊將該方法應用于分析蛋白質相分離過程中精氨酸甲基化的變化，發現包括G3BP1，FUS，hnRNPA1、KHDRBS1在內，一些與無膜細胞器或神經退行性疾病密切相關的蛋白質上的精氨酸二甲基化程度發生了顯著變化；經一系列實驗驗證發現，精氨酸甲基化會顯著降低這些蛋白質的分相能力，并且上述蛋白質組分析中鑒定到變化的甲基化位點是調控蛋白質相分離的關鍵因素。本工作開發了基于化學反應的精氨酸二甲基化蛋白質組分析方法，并利用其揭示了精氨酸二甲基化對蛋白質液—液相分離具有重要的調控作用。

　　葉明亮團隊長期致力于蛋白質磷酸化、糖基化、甲基化等翻譯后修飾分析新方法的研究，近期發展了基于可逆酶促化學標記的O-GlcNAc糖肽無痕富集方法，克服了標記基團對糖肽質譜檢測的干擾，實現了O-GlcNAc糖基化的高靈敏分析 (Angew. Chem. Int. Edit.，2022)；利用不同糖肽的同一肽段骨架具有相似碎裂規律的特點，發展出基于“模式識別”的肽段序列鑒定新方法，實現譜圖拓展，顯著提高了N-鏈接位點特異性糖型的鑒定靈敏度，并且可發現未知的糖鏈及糖鏈修飾（Nat. Commun.，2022）。

　　相關成果以“Global profiling of arginine dimethylation in regulating protein phase separation by a steric effect-based chemical-enrichment method”為題，于近日發表在《美國科學院院報》（PNAS）上。上述工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、我所創新基金等項目的支持。（文/圖 王麒）

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1073/pnas.2205255119