什么是蛋白質(zhì)的翻譯后修飾？

蛋白質(zhì)的翻譯后修飾（post-translational-modification-analysis.html）是指蛋白質(zhì)在翻譯后的化學(xué)修飾。對(duì)于大部分的蛋白質(zhì)來(lái)說(shuō)，這是蛋白質(zhì)生物合成的較后步驟。PTM是細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)中的重要組成部分。通過(guò)向修飾基團(tuán)添加一個(gè)或多個(gè)氨基酸殘基或通過(guò)蛋白質(zhì)水解切割該基團(tuán)來(lái)改變蛋白質(zhì)的性質(zhì)，是蛋白質(zhì)生物學(xué)功能表達(dá)的重要步驟。生物蛋白質(zhì)的翻譯后修飾極大地增加了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的類型和功能。這個(gè)過(guò)程調(diào)節(jié)細(xì)胞周期和蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄，并影響表觀遺傳學(xué)。

翻譯后修飾的類型

翻譯后修飾的類型包括N端fMet或Met的去除、二硫鍵的形成、化學(xué)修飾和肽鍵的裂解，其中磷酸化是最常見的。蛋白質(zhì)的化學(xué)修飾反應(yīng)是在維持蛋白質(zhì)的完整性和功能性的基礎(chǔ)上，通過(guò)基于其氨基酸殘基的化學(xué)反應(yīng)獲得新的生物結(jié)合物。

翻譯后修飾在哪里發(fā)生？

翻譯后修飾主要發(fā)生在氨基酸側(cè)鏈或蛋白質(zhì)的C端或N端?，F(xiàn)有的官能團(tuán)或新官能團(tuán)的引入可被用于修飾蛋白質(zhì)，以擴(kuò)展20個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氨基酸的化學(xué)組成。翻譯后修飾的位點(diǎn)通常帶有可以在化學(xué)反應(yīng)中充當(dāng)親核試劑的官能團(tuán)，如絲氨酸、蘇氨酸和酪氨酸的羥基；賴氨酸、精氨酸和組氨酸胺形式；同時(shí)，在蛋白質(zhì)的N端和C端，天冬酰胺也可作為翻譯后修飾中的一種聚糖連接點(diǎn)。翻譯后修飾也發(fā)生在氧化的蛋氨酸和側(cè)鏈位點(diǎn)的一些亞甲基上。

翻譯后修飾的研究策略

目前，有幾種分析蛋白質(zhì)翻譯后修飾的策略，包括質(zhì)譜（MS）、Eastern blotting、放射性標(biāo)記和Western blotting。放射性標(biāo)記和Western blotting是最傳統(tǒng)、特異性和相對(duì)定量的方法。該過(guò)程需要事先知道翻譯后修飾類型。局限性包括抗體的特異性和可用性。質(zhì)譜技術(shù)也常被用于翻譯后修飾分析，不受修飾類型和相關(guān)修飾位點(diǎn)的現(xiàn)有知識(shí)的限制。

自下而上

自下而上的技術(shù)是蛋白質(zhì)組學(xué)研究中使用的質(zhì)譜策略之一。在根據(jù)序列鑒定肽之前，需要使用蛋白酶消化蛋白質(zhì)。由于該技術(shù)不能保證在檢測(cè)過(guò)程中被檢測(cè)肽的完整性和穩(wěn)定性，因此無(wú)法獲得不同蛋白質(zhì)翻譯后修飾之間關(guān)系的信息，這意味著它無(wú)法檢測(cè)到某些修飾。因此，該方法不適用于分析組蛋白的組合翻譯后修飾。

自中而下

自中而下的分析方法是自下而上分析方法的一種替代方法，分析組蛋白時(shí)其原理類似于自下而上分析策略。在使用這種分析方法時(shí)，通常需要將被檢測(cè)蛋白質(zhì)消化成3-9kDa范圍內(nèi)的肽段，因此也無(wú)法保證檢測(cè)到的肽段的完整性。但是，由于儀器的進(jìn)步和保留了組蛋白尾部的組合修飾，自中而下分析法正逐漸受到歡迎。自中而下更接近于自下而上法的靈敏度。

自上而下

自上而下技術(shù)可以直接對(duì)完整的蛋白質(zhì)進(jìn)行測(cè)序，包括翻譯后修飾的蛋白質(zhì)和其他大的蛋白質(zhì)片段，而不僅僅是肽段。這可以最大程度地保留與PTMs相關(guān)的信息，使其適用于組蛋白的全面表征和分析。自上而下技術(shù)對(duì)蛋白質(zhì)的有效分辨率已達(dá)到229kDa，一次可以檢測(cè)到的蛋白質(zhì)數(shù)量也在增加。目前，Top-down技術(shù)主要用于分析單個(gè)蛋白質(zhì)，高通量分析技術(shù)尚未得到廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

1. Wang Y C, Peterson S E, Loring J F. Protein post-translational modifications and regulation of pluripotency in human stem cells. Cell research, 2014, 24(2): 143.

2. Silva, André MN, et al. "Post-translational modifications and mass spectrometry detection." Free radical biology and medicine, 2013(65): 925-941.

3. Drazic A, Myklebust L M, Ree R, et al. The world of protein acetylation. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Proteins and Proteomics, 2016, 1864(10): 1372-1401.

4. Woods, A.G., Ngounou Wetie, A.G., Sokolowska, I. et al. Mass spectrometry as a tool for studying autism spectrum disorder. J Mol Psychiatr, 2013, (1): 6.

5. Scherperel G, Reid G E. Emerging methods in proteomics: top-down protein characterization by multistage tandem mass spectrometry. Analyst, 2007, 132.