分享一篇发表在Nature Communications上的文章：Protein-Peptide Turnover Profiling reveals the order of PTM addition and removal during protein maturation，通讯作者是来自欧洲分子生物学实验室(EMBL)的Mikhail M. Savitski教授，Henrik M. Hammarén以及马克斯·普朗克生物化学研究所的Martin Beck教授，其中Savitski课题组主要利用基于蛋白稳定性变化的蛋白质组学技术来研究蛋白聚集以及蛋白相互作用等生物学过程。这篇文章中作者提出翻译后修饰的更新速率能够反映蛋白成熟过程中修饰是何时被引入的。
通过稳定同位素对细胞进行代谢标记是研究稳态下细胞内蛋白的更新速率的一种手段，在该实验流程中通过绘制不同时间点下轻标/重标同位素占总肽段的比例，根据该曲线图可以求得某一肽段的更新速率。但对于具有翻译后修饰的肽段而言，此前的报道发现带有特定翻译后修饰的肽段的更新速率与其原始肽段具有一定差异，这种差异被解释为由于翻译后修饰的引入导致的蛋白耐受蛋白酶切割能力的变化，即翻译后修饰使得蛋白变得更加稳定/不稳定。本文作者则认为这种差异来自于修饰事件发生在蛋白由合成-成熟-降解过程中的不同环节，并结合理论分析与实验对这一观点进行了验证。
为了从理论上分析翻译后修饰对肽段更新速率的影响，作者将整个过程抽象成了包含未修饰和含修饰蛋白的体系，二者之间能够相互发生转化，对应了修饰和去修饰的过程，同时二者又各自能够被降解。该体系中各个环节的速率常数的相对大小将会决定最终观察到的修饰肽与非修饰肽的更新速率的差别，其中当修饰蛋白与非修饰蛋白之间的相互转化过程很慢时，即使二者分别被降解的速率接近，最终的更新速率曲线上也会表现出修饰肽降解更慢的现象，说明修饰肽的降解速率并非由其对蛋白稳定性的影响而决定。此外，这一模型也表明，如果修饰是在蛋白翻译完成之后引入的，那么由于修饰过程的存在，修饰肽的更新速率必然会慢于未修饰肽，只有当修饰与非修饰肽的位置交换时才有可能导致更新速率反转的情况，因此对于实验中观察到的那些更新速率变快的肽段，作者根据模型推测是由于共翻译修饰或蛋白成熟过程中的中间产物引起。
随后作者通过实验对他们模型给出的推测进行了验证，他们以磷酸化为例，通过pulse-SILAC绘制了细胞培养过程中磷酸化和未修饰位点的更新速率曲线，分析结果后他们发现，的确有多于一半(64%)的磷酸化肽表现出了相比于未修饰肽更慢的更新速率，说明大多数修饰事件是发生在蛋白翻译之后的。对于修饰导致更新速率更快的肽段，作者以N端乙酰化修饰为例，他们发现EIF2S2蛋白的带有N端甲硫氨酸的N端肽段表现出明显快于整体蛋白的更新速率，而去掉甲硫氨酸后的肽段速率稍微变慢，直到带有N端乙酰化修饰的肽段的更新速率基本于整体蛋白一致，印证了蛋白成熟过程中的中间产物会导致更快更新速率的出现。
最后作者结合磷酸化位点的点突变实验证明了修饰肽更新速率的快慢并非反映了翻译后修饰对蛋白稳定性的影响， 并结合实验数据对理论模型中的部分参数值进行了估计。总之，这篇文章提出在pulse-SILAC实验中观察到的修饰肽与非修饰肽更新速率的差别实际上反映了修饰事件发生的环节，并结合理论模型与实验加以验证。
本文作者：LDY
责任编辑：JGG
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-35054-2
文章引用：DOI：10.1038/s41467-022-35054-2
目前评论：