分享一篇发表在Cell Chemical Biology上的文章Profiling nuclear cysteine ligandability and effects on nuclear localization using proximity labeling-coupled chemoproteomics。本文的通讯作者是来自美国波士顿学院的Eranthie Weerapana，本文的核心是借助邻近标记技术对细胞核蛋白半胱氨酸的可靶向性进行刻画，并进一步研究了某些共价小分子是否会修饰到蛋白的半胱氨酸上，从而调控这些蛋白进出核。细胞核调控着细胞增殖、分化和凋亡等生命活动，细胞核内染色质与转录因子、染色质调节因子和染色质相关蛋白之间的相互作用对于细胞内稳态的维持具有重要的意义。因此，靶向治疗这些功能异常的核蛋白是必要的，然而，由于这些与染色质互作的蛋白，本身就具有无序的三级结构，缺少与小分子结合的口袋等原因，往往难以被传统上非共价的小分子结合，但这一缺点在某种程度上，能够被共价结合的小分子改进。采用传统的全蛋白质组的制样手段，难以有效地发现细胞核中的共价修饰靶点，主要原因是细胞核内的蛋白，比如转录因子，其丰度本身就很低，导致其无法很好地被质谱响应。这一问题可以通过差速离心和选择恰当的表面活性剂来解决，以实现富集细胞核的目的，但是，这些方法最大的问题是纯度不足，比如内质网紧紧挨着细胞核膜，有大量的内质网蛋白的污染，此外，去垢剂与质谱并不兼容，因此，往往需要多次地清洗，以充分将其去除。此外，还可以将没有选择性的亲电性探针与细胞核定位的基团偶联，但是，该方法最大的局限性是这些核定位基团往往非常庞大，导致化合物无法深入蛋白内部。作者想到，可以采取邻近标记的策略，即在细胞核中丰富最高的组蛋白上融合表达一个生物素连接酶，它们可以将活化后的生物素转移到10 nm 附近的蛋白质赖氨酸上，作者们之前也成功地实现了对线粒体半胱氨酸蛋白质组的分析，该方法的优点在于后续可以直接通过生物素与链霉亲和素之间的相互作用，将这些蛋白富集出来。作者首先考虑的可以是H3.3组蛋白，因为它往往能够破坏染色质形成高级的折叠，从而产生更开放的染色质结构，促进基因的激活。就连接酶而言，作者选择了催化活性更高的TurboID。为了探究细胞核中哪些蛋白的半胱氨酸是可靶向的，作者选择了两个之前被报道过的配体(KB02和 KB05)，它们能够与细胞蛋白质组中大部分可靶向的半胱氨酸共价结合。最后，作者强调，小分子配体与细胞质中的某一些蛋白的半胱氨酸结合后，能够影响其进出细胞核，也可以借助该体系进行判定。作者发现，Parkinson disease protein 7蛋白的Cys106被KB02共价修饰后，会促进其进入细胞核，增强与染色质的互作，但是该方法也存在明显的问题，即共价小分子处理后，并非一定是由于共价修饰导致的，也有可能是间接因素，促进这些蛋白进入到细胞核中。总之，本文借助邻近标记技术，建立了一套对细胞核中的蛋白捕捉的体系，该系统有望帮助靶向细胞核蛋白药物的开发和发展。
本文作者：Zihua Liu
责任编辑：TZY
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.chembiol.2023.11.010
文章引用：DOI: 10.1016/j.chembiol.2023.11.010
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