近日，北京大学化学与分子工程学院王初课题组在Current Opinion in Chemical Biology杂志上发表题为“Chemoproteomicprofiling of protein–metabolite interactions”的综述文章，详细总结和探讨了利用化学蛋白质组学技术研究蛋白代谢物相互作用的前沿进展，并对相关方向的研究动向进行了展望。

      众所周知，小分子代谢物在细胞功能的方方面面中都起着非常重要的调控作用，其中很大程度是通过调控蛋白质所实现。因此，精确解析代谢物和蛋白质的相互作用 (Protein-metabolite interactions, PMIs) 对理解每个代谢物的生理作用至关重要。由于细胞内存在着大量的蛋白质以及更大量的代谢物，发展蛋白质组学策略大规模分析PMIs成为了该领域的研究热点。

       作者将PMIs分为两大类：非共价的PMIs和共价的翻译后修饰。其中，翻译后修饰介导的PMIs通常是具有活性反应基团的代谢物以无酶催化的形式修饰在半胱氨酸和赖氨酸等亲核残基上，例如羰基化，糖化和无酶催化的酰基化修饰等。对于这一类代谢物诱导的翻译后修饰，通常有两大类化学蛋白质组学策略用于鉴定该代谢物在蛋白质组中的修饰位点。第一类是通过基于化学反应活性的直接捕捉策略，此类策略通过发展化学选择性探针特异捕捉具有特定活性基团的翻译后修饰。例如，羰基化修饰通常带有一个暴露的醛基，因此醛基靶向的化学选择性探针可以实现对糖基化修饰位点的大规模鉴定。第二类策略则是发展靶向特定氨基酸残基的化学探针，并利用代谢物对该探针在特定位点上的竞争作用而实现修饰位点的大规模鉴定。其中，基于半胱氨酸探针的competitive isoTOP-ABPP技术已经被广泛应用于鉴定共价药物和代谢物在蛋白质组中的半胱氨酸修饰位点。例如，王初课题组和陈兴课题组合作最近将该方法拓展并应用于鉴定巨噬细胞抗炎代谢物衣康酸的半胱氨酸修饰位点，并从而揭示了其对糖酵解通路的调控作用。

      对于另一大类的非共价PMIs，光交联策略由于可以在活细胞中直接捕捉相互作用蛋白等优势被广泛应用。光交联探针通常由小分子骨架，光交联基团和生物正交报告基团三部分组成。结合定量蛋白质组学技术，光交联策略可以有效地筛选出特定代谢物的相互作用蛋白，例如脂类代谢物等。另一方面，基于thermal proteome profiling (TPP) 和limited proteolysis-coupledMS (LiP-MS) 等方法的无标记策略在近年来迅速发展并被广泛应用，与光交联策略形成了很好的技术互补。其中，LiP-MS技术成功建立了二十种代谢小分子的相互作用蛋白数据库，为研究PMIs的生物学功能提供了丰富的数据信息。

      最后，作者从发展针对不同残基的特异性化学探针，发展位点特异的化学蛋白质学策略，发展活体的PMIs捕捉策略和结合代谢组学等不同角度进行了展望，希望有更多的具有调控作用的PMIs可以被发掘和研究。该综述由课题组博士毕业生秦为、五年级博士研究生杨帆，王初研究员共同撰写。本工作获得基金委面上项目、创新群体项目和科技部“蛋白质机器与生命过程调控”重点专项等项目的支持。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S136759311930122X

原文引用：Qin W., et al. Chemoproteomic profiling of protein–metabolite interactions. Current Opinion in Chemical Biology 2020, 54:28–36.