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半胱氨酸蛋白组学

半胱氨酸蛋白组学

  • 所属分类:特殊蛋白质组学
  • 浏览次数:
  • 发布日期:2021-08-10 15:49:43
  • 产品概述
  • 案例解析

半胱氨酸(Cys,C)巯基对细胞内局部环境的变化很敏感,易发生一系列非酶或酶催化的翻译后修饰。Cys上修饰种类多,包括S-亚硝基化修饰、亚磺酰化修饰、S-谷胱甘肽化、S-巯基化、S-棕榈酰化修饰、二硫键等。通过分离富集方法以及标记技术并结合高分辨率质谱对半胱氨酸翻译后修饰的类型和位点进行准确的定性定量分析。


技术介绍

半胱氨酸是一种存在于大多数蛋白质中频次较低的氨基酸(约占1%~2%),但Cys的巯基反应活性高(亲核性和氧化还原敏感性),常作为氧化还原催化反应、金属结合及变构调节位点等在蛋白质的结构和功能中发挥重要作用,参与调控细胞识别、信号传导等生理过程。因此,对蛋白质Cys上的翻译后修饰组的研究具有十分重要的生物学意义,受到研究者的广泛关注。


技术优势

1.完善的半胱氨酸修饰检测方案,可对半胱氨酸修饰位点及类型进行准确的定性定量;

2.经验丰富的实验操作人员

3.相关领域的技术团队

4.定制个性化生信分析

半胱氨酸蛋白组学案例解析


衰老过程中组织特异性的定量蛋白质氧化还原图谱

A Quantitative Tissue-Specific Landscape of Protein Redox Regulation during Aging


研究对象:小鼠的器官与组织           期刊:cell

影响因子:38.637                           发表单位:哈佛医学院



研究背景

哺乳动物组织通过活性氧(ROS)对蛋白质半胱氨酸进行可逆修饰来从事许多特定生理活动。半胱氨酸氧化是快速且可逆,被用于调节蛋白质功能和定位。此外,ROS和氧化还原信号失调是组织随着年龄增长而生理衰退的潜在根本原因之一。然而现有的技术半胱氨酸位点覆盖率低且无法检测ROS氧化修饰的程


研究策略


结果速递

考虑到固定化金属螯合亲和色谱法(IMAC)对磷酸化肽段的富集效率高达99%,在此基础上,作者通过合成CPTs化合物来标记蛋白上的半胱氨酸,标记后的蛋白半胱氨酸会带有一个磷酸基团,这样的话就能够通过磷酸化蛋白质组学的方法来富集半胱氨酸,大大提高能检测到的半胱氨酸的位点的数量。在此基础上,作者开发了一种全蛋白质组的可逆氧化硫醇定量标记策略,结合TMT 标记技术,实现了在一个实验中同时分析多个生物学重复。

作者检测了年轻小鼠和老年小鼠的10个不同器官以及组织中的半胱氨酸的氧化程度组成Oximouse数据库,一共定量到171,000个组织特异的半胱氨酸,匹配到9,400个蛋白质对应到34,000个独有位点。这些位点的数量达到了前人能检测到的几十上百倍,并且绝大多数位点从来没有被检测到过。

图1:小鼠体内组织特异性氧化还原修饰的全面定量研究


接 下 来 作 者 结 合 Oximouse 和BioPlex 2.0来定义氧化还原修饰的蛋白质网络, 在BioPlex 2.0中建立的1320个蛋白网络中, 有几百个在至少一个组织中显示了对半胱氨酸的协同 氧化还原调节, 几乎所有的氧化还原网络都表现出一定程度的组织选择 性。研究结果表明半胱氨酸氧化还原 敏感性由近端带电氨基酸编码。这些 发现也说明可以利用Oximouse作为框 架来探索组织中氧化还原调节的新机制。

图2:体内氧化还原调节蛋白网络


ROS失调在年龄依赖性疾病和组织功能障碍中的重要性已得到重视。ROS是由衰老过程中不可逆的大分子破坏引起的,由于缺少ROS信号在哺乳动物衰老中的机制细节,因此又探索了年龄对小鼠组织半胱氨酸氧化网络的影响。尽管衰老过程中的蛋白质组具有一致的群体特征,但对单个半胱氨酸的分析显示,衰老组织中的氧化还原蛋白质组特征与相应的年轻组织有很大的区别。值得注意的,在年轻组织中发现的许多高度修饰位点在老年组织中丢失,这些年龄特异性特征也具有组织特异性。此外,ROS的失调与许多年龄相关的疾病有关,本研究系统地确定了由半胱氨酸氧化控制的协同调节过程,这些过程随年龄的变化而改变。

图3:衰老过程中重建组织特异性半胱氨酸氧化网络


研究人员开发了一种新技术,利用CPTs标记提高半胱氨酸的覆盖率,再结合TMT标记蛋白组学,从而实现了大规模地构建蛋白质半胱氨酸在体内的定量蛋白质氧化还原图谱,其中多种氧化还原反应调节蛋白和网络参与生理健康和衰老。总之,这项工作为理解体内氧化还原信号的机制靶标研究提供了基础。


参考文献

HaopengXiao,Mark P Jedrychowski,et al. AQuantitative Tissue-Specific Landscape of Protein Redox Regulation during Aging[J].clee.2020 Mar5;180(5):968-983.

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