近日，我所生物技術(shù)研究部生物分離分析新材料與新技術(shù)研究組（1809組）葉明亮研究員、王科云副研究員團(tuán)隊與遼寧師范大學(xué)化學(xué)與生物學(xué)交叉研究中心李國輝教授團(tuán)隊合作，開發(fā)了一種基于pH調(diào)控的化學(xué)新方法，實現(xiàn)了對精氨酸二甲基化異構(gòu)體的高效區(qū)分與功能解析。
精氨酸二甲基化是蛋白質(zhì)功能調(diào)控中一項重要的翻譯后修飾，廣泛參與基因轉(zhuǎn)錄、RNA剪接、DNA損傷應(yīng)答等關(guān)鍵生物學(xué)過程。該修飾包括兩種異構(gòu)體——不對稱型二甲基化（aDMA）和對稱型二甲基化（sDMA）。盡管二者具有相同的化學(xué)式，卻表現(xiàn)出不同甚至相反的生物學(xué)效應(yīng)。因此，在開展深入生物學(xué)研究前，準(zhǔn)確確定它們的具體結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。目前，常用的特異性抗體富集和中性丟失質(zhì)譜法在應(yīng)用中存在局限：前者實驗成本高、特異性不足；后者受限于MS/MS譜圖中信息化碎片離子產(chǎn)生的隨機(jī)性。因此，精氨酸二甲基化分析方法在異構(gòu)體區(qū)分方面仍然面臨挑戰(zhàn)，阻礙了精氨酸二甲基化的功能研究。
為了克服上述問題，本研究開發(fā)的化學(xué)方法利用與甲基乙二醛（MGO）的pH調(diào)節(jié)反應(yīng)特性來區(qū)分二甲基化異構(gòu)體。研究發(fā)現(xiàn)，不同形式的精氨酸甲基化與MGO的反應(yīng)隨pH呈現(xiàn)顯著差異：sDMA與MGO反應(yīng)活性隨pH升高顯著增強(qiáng)；而aDMA則無明顯變化?；谠摪l(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊將MGO化學(xué)反應(yīng)與硼親和色譜技術(shù)相結(jié)合，建立了一種可同步實現(xiàn)精氨酸二甲基化富集與異構(gòu)體區(qū)分的分析方法。該方法利用精氨酸胍基基團(tuán)與MGO在不同pH下反應(yīng)形成順式二醇結(jié)構(gòu)，通過硼親和色譜進(jìn)行富集，實現(xiàn)aDMA與sDMA的精準(zhǔn)鑒別。應(yīng)用該方法，團(tuán)隊確認(rèn)了SNRPN蛋白R112位點為sDMA修飾，并分別在in vivo和in vitro層次證明其由PRMT5特異性催化。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，該位點的sDMA修飾不僅能顯著增強(qiáng)SNRPN蛋白的熱穩(wěn)定性，還直接調(diào)控其與SNRPB、SNRPC等多個剪接體核心蛋白的相互作用，進(jìn)而影響剪接體的組裝。這表明sDMA在維持蛋白結(jié)構(gòu)和調(diào)控大分子復(fù)合物組裝中扮演著關(guān)鍵角色。本研究通過將MGO反應(yīng)的pH敏感性轉(zhuǎn)化為分析工具，建立了精氨酸二甲基化異構(gòu)體功能蛋白質(zhì)組學(xué)解析的化學(xué)平臺，為蛋白質(zhì)甲基化的進(jìn)一步調(diào)控機(jī)理研究提供了新路徑。
葉明亮團(tuán)隊長期致力于配體靶蛋白質(zhì)鑒定和蛋白質(zhì)翻譯后修飾新方法的研究，在蛋白質(zhì)甲基化分析新方法方面取得了一系列進(jìn)展：發(fā)展了精氨酸二甲基化肽段的化學(xué)富集方法，揭示了精氨酸二甲基化對蛋白質(zhì)液-液相分離具有重要的調(diào)控作用（PNAS，2022）；在此基礎(chǔ)上利用甲基化不易被酶切的特點，建立了能實現(xiàn)精氨酸甲基化三種形式同時富集分析的酶化學(xué)富集新方法，提高了精氨酸甲基化的鑒定覆蓋度（Anal. Chem.，2024）；此外，建立了能同時鑒定8種氨基酸甲基化的代謝標(biāo)記方法，確定了CARNMT1為C3H1鋅指蛋白的甲基轉(zhuǎn)移酶，并且發(fā)現(xiàn)U2AF1上的組氨酸甲基化修飾會顯著影響pre-mRNA的可變剪接（Nat. Commun.，2024）。
相關(guān)成果以“Decoding Arginine Dimethylation Isomers via pH-Tuned Reactivity with Methylglyoxal: A Chemical Approach for Functional Proteomics”為題，于近日發(fā)表在《美國化學(xué)會志》（Journal of the American Chemical Society）上。上述工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、我所創(chuàng)新基金等項目的支持。（文/圖 王佳怡）
