跟大家分享一篇近期发表在 Nature Chemical Biology 上的文章，文章的题目是“Monitoring Fe–S cluster occupancy across the E. coli proteome using chemoproteomics”，作者以大肠杆菌为研究对象，开发了一种基于化学蛋白质组学的质谱流程，用于探究其蛋白质组中铁硫簇的结合情况。本文的通讯作者 Daniel W. Bak 和 Eranthie Weerapana 来自于美国的波士顿学院的化学系。
铁硫蛋白通常含有一个或者多个铁硫簇，该类型的蛋白参与了细胞许多必需的生命活动，比如呼吸链过程中的电子传递、辅因子和 tRNA/rRNA 修饰过程中的自由基产生、转录调控和 DNA 修复，以及参与了初级代谢物的产生，比如乌头酸和富马酸。在大肠杆菌中，目前一共有 144 个已经被注释过的铁硫蛋白，大约占整个蛋白质组的 3%，并且每年都有新的铁硫蛋白被发现。铁硫蛋白的最重要的特征便是铁硫簇与蛋白质中的半胱氨酸残基通过共价的方式相连。作者认为如果将细菌养在铁元素缺乏的条件下，铁硫结合蛋白的半胱氨酸由于不能够结合铁硫簇，处于所谓的 Apo 状态，因此这些半胱氨酸残基理论上是可以被碘乙酰胺-炔基探针标记的，但正常培养条件下，由于铁硫簇能够与绝大部分铁硫蛋白中的那些半胱氨酸充分地结合，即蛋白处于 Holo 态，就不太容易被该探针所捕获。作者同样地收集了蛋白质组本身变化的数据，以用来判断该抓取到的半胱氨酸的活性的变化是否是由于蛋白质含量的变化引起的。作者通过这种改变培养基中铁元素含量的策略，一共检测到了 49 个铁硫相关的半胱氨酸残基，其中 29 个有其对应的蛋白质含量的信息。
细菌中铁硫簇的生物合成主要是通过常规的 Isc 途径、响应压力的 Suf 途径和固氮酶特异的 Nif 途径。为了进一步探究 Isc 途径中不同的成员对大肠杆菌 Fe-S 结合蛋白与 Fe-S 簇结合的影响，作者构建了该途径中不同蛋白的缺失菌株，随后进行化学蛋白质组学的样品制备和数据的分析。作者发现，IscU 蛋白，即 Isc 途径中，最开始的 2Fe-2S 簇的脚手架蛋白 (scaffold protein)，其缺失对整个蛋白质组中铁硫结合蛋白与铁硫簇的结合影响最大。作者借助该新方法鉴定到了未注释的 Fe-S 结合蛋白与 Fe-S 簇结合的半胱氨酸残基，并且通过物理化学的手段进行了验证。总之，本文借助化学生物学方法，通过监测大肠杆菌中铁硫簇与铁硫蛋白的结合情况，从而使得研究 Fe-S 的生物合成途径和鉴定新的 Fe-S 蛋白成为了可能。
本文作者：Zihua Liu
责任编辑：MB
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41589-022-01227-9
文章引用：doi.org/10.1038/s41589-022-01227-9
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