分享一篇发表在JACS上的文章’Detection of Metabolite−Protein Interactions in Complex Biological Samples by High-Resolution Relaxometry: Toward Interactomics by NMR’。文章通讯作者是来自佛罗伦萨大学核磁共振中心的Claudio Luchinat教授与巴黎文理研究大学的Fabien Ferrage教授，文章发展了基于核磁共振的代谢物-蛋白质相互作用分析。
生物流体包含大分子（蛋白、核酸）、小分子代谢物（氨基酸、糖、脂质等）及细胞构成的混合物，其中代谢物的组成和含量与机体生理状态、疾病的产生等有重要关系。这些小分子可以与大分子结合，执行信号、调控等功能。近来分别对生物体系中小分子与大分子的全局研究（代谢组学与蛋白组学）均得到很大发展，而对它们之间的相互作用（互作组学）研究较滞后，特别是代谢物与蛋白间的作用，没有系统的研究方法。已有的方法需要对代谢物与蛋白进行改造标记，或是通过冗长的步骤分离，也不能进行原位分析。为了改进代谢物-蛋白相互作用研究方法，作者将高分辨核磁共振与快速场循环弛豫测量相结合，发展了基于NMR分析代谢物-蛋白相互作用的方法。其基本原理为通过弛豫测量得到代谢物的旋转扩散相关时间，与蛋白结合的代谢物作为一个整体随机旋转，分子量大而旋转速率慢，由此与自由的代谢物区分开。而高分辨核磁共振谱可鉴定出复杂样品中的各代谢物物种，分别进行弛豫测量。
作者通过在磁场中移动样品位置改变场强进行弛豫测量，并在磁场最强的位置进行高分辨NMR谱的采集。首先在牛血清白蛋白（BSA）、丙氨酸与三甲基硅基丙酸（TSP）组成的体系内进行了可行性验证，与BSA结合的TSP在低场下出现氢弛豫时间弥散，而不与BSA结合的丙氨酸无弥散。
随后作者对健康人血清样本进行了直接分析，高分辨NMR谱鉴定到了15个小分子代谢物，其中乳酸与肌酐与血清中蛋白有结合作用，而丙氨酸与谷氨酸无结合作用。但此方法不能鉴定结合蛋白的种类，由于血清内白蛋白含量远高于其他所有蛋白，结合作用可能主要由白蛋白主导。
最后作者进行了TSP竞争下的代谢物-蛋白结合分析，结果表明TSP能够与乳酸竞争结合蛋白，而与肌酐无竞争作用。该结果能对代谢物与蛋白的结合进行相对定量。总之，作者将高分辨NMR与快速弛豫测量相结合，能够定量鉴定复杂生物样品中小分子代谢物与蛋白的相互作用，但该方法还不能直接鉴定这些相互作用中的蛋白。在此基础上可以进一步发展代谢物-蛋白互作组学，有助于药物研发等应用。
本文作者：ZYF
责任编辑：LYP
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c01388
原文引用：DOI：10.1021/jacs.1c01388
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