大家好，今天分享一篇发表在Nature Communications上的文章“Using in vivo intact structure for system-wide quantitative analysis
of changes in proteins”，通讯作者是来自斯克利普斯研究所的John R. Yates
III教授，该课题组专注于开发蛋白质组学的工具和策略，用于研究基本的生物学问题。
生命活动的正常进行依赖于蛋白质的功能，而维持合适的构象是蛋白发挥功能的关键。目前有许多方法可以在体外解析蛋白质构象，例如X射线晶体衍射，NMR和冷冻电镜等，但是在体内细胞环境中研究蛋白质组结构变化的方法仍然有限。基于质谱的蛋白质组学方法可以用于研究复杂系统中的蛋白表达谱和结构变化，而要保持蛋白在体内状态下的天然构象是具有挑战性的。本文作者认为，在疾病研究中，监测组织中蛋白结构的全局变化并解析其中的蛋白错误折叠，有助于人们理解疾病相关生物学过程。他们认为重要的是在复杂的细胞环境中保持并捕获蛋白质的天然状态，而不是在器官提取和均质化过程中进行蛋白质组学实验，这样可以避免蛋白质降解等问题。因此，本文作者开发了一种在动物体内研究蛋白构象变化的方法，其核心思路是使用灌注试剂在完整蛋白上暴露的赖氨酸残基上添加二甲基标签。简而言之，作者在提取小鼠的器官之前把试剂通过血管遍及全身，对小鼠的全身蛋白质组进行体内二甲基化，对蛋白质表面的赖氨酸进行轻标标记[(CHD2)2]。在提取和匀浆各个组织、裂解细胞后，用chymotrypsin将蛋白切成肽段，然后用重标二甲基化标记[(13CD3)2]新暴露的赖氨酸位点。作者将该技术应用于阿尔茨海默病（AD）小鼠模型中，希望能揭示体内组织蛋白构象变化与阿尔茨海默病（AD）生理特征之间的相关性。作者总共鉴定到43,014个二甲基化标记的肽段，归属于所有组织中的5,217个蛋白。所有7种组织中均鉴定到的有1219条肽段和498种蛋白质，而24,026条肽段是组织特异性的，归属于4,952种蛋白。作者重点关注了780个在大脑中表达并在大脑数据集中被二甲基标记的蛋白，使用统计学方法确定在AD进展过程中可及性发生显著变化且与NC不同的赖氨酸位点，通过分析蛋白参与的通路和生物学功能，试图揭示蛋白构象变化与神经退行性疾病的相关性。由于神经元需要大量能量维持其正常活动，神经退行性疾病中碳和能量代谢发生异常，大脑代谢下降会导致认知障碍。作者发现和“前体代谢物和能量生成”相关蛋白被显著富集（Gnas, Mdh1, Ogdh, Pgk1, Ppp1cb, Slc1a3, Sod2, Taldo1, Sdha, Oxct1,
Ndufa8, Epm2aip1, Aldh1l1, Etfa, and Ugp2）；更有趣的是，作者还发现这些蛋白的结构变化是先于表达量变化的。总而言之，作者开发了一种在动物体内系统研究蛋白构象变化的方法，可以用于分析由蛋白质错误折叠引起的功能障碍，有助于对疾病进程的理解。文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-53582-x原文引用：DOI： 10.1038/s41467-024-53582-x
