分享一篇发表在J. Am. Chem. Soc.上的文章，题目为“Dynamic In Vivo Mapping of the Methylproteome Using a Chemoenzymatic Approach”，文章通讯作者是来自埃默里大学的Jennifer Spangle助理教授。Spangle课题组致力于揭示基因突变、表观遗传学与肿瘤发生之间的关系。

甲基化是一种关键的蛋白质翻译后修饰（PTM），广泛参与细胞信号传导、基因调控及多种疾病发生。蛋白质甲基化主要发生在赖氨酸（Lys）、精氨酸（Arg）和组氨酸（His）残基上，由S-腺苷甲硫氨酸（SAM）依赖的甲基转移酶催化。然而，由于甲基化不改变氨基酸的电荷或物理化学性质，传统的质谱和抗体检测方法在灵敏度和特异性上面临挑战。现有技术难以全面捕获甲基化事件的动态变化，尤其是在活体系统中。

本研究利用Met类似物ProSeMet，结合代谢标记与生物正交化学，实现了对甲基化位点的高分辨率分析，为甲基蛋白质组研究提供了新工具。

ProSeMet在细胞内通过甲硫氨酸腺苷转移酶（MAT）可转化为SAM类似物ProSeAM，随后被内源性甲基转移酶用于催化目标蛋白的丙炔化（propargylation）。丙炔化引入的生物正交炔基可通过CuAAC反应与荧光染料或生物素结合，实现标记蛋白的检测或富集。

在SMARCB1缺陷的G401细胞中，作者通过LC-MS/MS共鉴定到376个肽段谱匹配（PSMs），对应149个蛋白质，其中123个为ProSeMet特异性标记的新丙炔化蛋白。这些蛋白包括热休克蛋白HSPA8（R469）、翻译延伸因子eEF1A1（K273/K392）和磷酸甘油酸变位酶PGAM1（K222）。作者通过免疫共沉淀和荧光标记等方法对上述位点进行了验证。

通过生物素-链霉亲和素富集，研究团队在G401细胞中鉴定了707个显著富集的蛋白，其中486个为已知甲基化蛋白，221个为新型丙炔化蛋白。通路分析显示，这些蛋白涉及RNA加工、细胞周期调控和代谢等过程。

ProSeMet在小鼠模型中表现出良好的生物利用度和血脑屏障穿透性。全身给药后，心脏、肺、脑等多个器官的蛋白质均被丙炔化标记。组织特异性分析表明，脑组织中丙炔化蛋白富集于神经元功能相关通路，而心脏组织则与肌肉收缩和能量代谢相关。此外，禁食状态可增强ProSeMet在脑和肺中的标记效率，提示代谢状态对甲基化动态的影响。

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总体而言，本文发展的化学酶法为甲基蛋白质组学研究提供了强有力的工具，有望推动精准医学和表观遗传药物开发。

本文作者：TZS

责任编辑：MB

DOI：10.1021/jacs.4c08175

原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.4c08175