Cell Reports：高深度磷酸化蛋白質組助力細胞周期調控機制研究

周末閑暇，看電影不失為是一樁美事，近來國內電影《我不是葯神》大火，上映不到兩周票房便過了25億，而且勢頭不減，隨之刷屏的便是電影的絕對主角---格列衛了，與慢性粒細胞白血病一起在可樂又感人的故事情節里相愛相殺。

慢性粒細胞白血病，Bcr-Ab1酪氨酸激酶活性異常，通過激發一系列複雜的信號傳導過程，最終導致疾病相關白血球迅速且不受控制的生長，而格列衛作為一種Bcr-Ab1酪氨酸激酶抑製劑，可以有效地抑制Bcr-Ab1陽性細胞的增殖，並誘導這些細胞的程序性死亡。

What？一種蛋白激酶異常了竟然使得細胞長的這麼瘋？細胞到底是如何生長的呢？在循環往複的細胞生長周期里蛋白激酶們又是如何起調控作用的呢？滿腦的問號，腫么辦？嗯，查文獻，絕對的靠譜！新近發表在《Cell Reports》（IF=8.032）上的一篇文章，研究的正是這個問題。

Quantitative Phosphoproteomics Reveals the Signaling Dynamics of Cell-Cycle Kinases in the Fission YeastSchizosaccharomyces pombe

磷酸化蛋白質組學揭示裂殖酵母細胞周期激酶的信號動力學

研究背景

真核生物細胞周期分為間期與分裂期兩個階段，而間期又細分為DNA合成前期（G1期）、DNA合成期（S期）和DNA合成後期（G2期），分裂期（M期）可細分為前、中、後、末四期，連續變化，最終由一個母細胞分裂成為兩個子細胞。

細胞周期調控中有大量的蛋白激酶參與，包括大名鼎鼎的CDK（cyclin-dependent kinases）激酶家族，以及其他蛋白激酶如DDK（Dbf4-dependent kinase）、Polo樣激酶、Aurora激酶、NIMA相關激酶等。

這麼多的蛋白激酶又是如何共同調控細胞周期的呢？Do-not-worry！研究人員利用科研領域的絕對新秀和利器---高深度磷酸化蛋白質組，來進行進一步的研究。

研究結果

研究者利用裂殖酵母作為研究對象，從細胞的G2期開始取樣，連續取20個密集的時間點，基本覆蓋2個細胞周期，分別提取蛋白後進行基於高分辨質譜儀的多餾分長梯度全蛋白質組和磷酸化修飾蛋白質組的相對定量檢測（下圖A and C）及數據的分類分析，共計檢出3356個蛋白和10095個磷酸化修飾位點，系統性地繪製了裂變酵母細胞周期全蛋白質組和磷酸化修飾蛋白質組的變化譜。

基於篩選出的蛋白和修飾位點表達水平分別進行PCA分析，發現修飾位點水平的連續時間點軌跡與細胞生長周期完全同步（下圖E），而蛋白水平則基本穩定（下圖F），表明磷酸化修飾在細胞周期調控中發揮了重要作用。

之後對差異表達的修飾位點基於磷酸化水平進行聚類分析，並基於細胞周期變化分為7個大亞群（細分17個小亞群）及展示各自磷酸化修飾水平的變化趨勢，發現磷蛋白質組在細胞周期中具有高度動態性和亞群同步性（下圖B-I）。

文章重點對多個亞群進行了進一步分析，尤其是分裂期亞群，基於修飾位點序列保守性原則預測了修飾多肽對應的不同蛋白激酶種類（下表A），並據此進一步細化了各自磷酸化修飾水平的變化趨勢，發現不同蛋白激酶底物的磷酸化在有絲分裂過程中的不同時期達到峰值，且表現為連續的、交疊的變化波。CDK底物首先被磷酸化，之後是NIMA底物，然後是Polo底物，最後是Aurora底物（下圖B、C、D），推測NIMA相關激酶、Polo樣激酶、Aurora激酶直接或間接地受到CDK的調控。

細胞在不同濃度1-NmPP1作用下CDK活性會受到影響，對細胞進行不同濃度1-NmPP1處理及檢測不同激酶底物磷酸化修飾水平變化，結果顯示CDK底物、NIMA底物、Polo底物磷酸化修飾水平下降的IC50分別為222、97、79 nM（下圖E和G）且CDK活性被抑制時CDK底物、NIMA底物、Polo底物磷酸化修飾水平依次下降，而Aurora激酶底物變化趨勢與前三者不同。整體分析，CDK可以直接調控下游的一些蛋白激酶，NIMA相關激酶、Polo樣激酶、Aurora激酶對上游CDK活性具有明顯不同的依賴性（下圖I）。

小編總結

對不同細胞周期細分節點後連續取樣，分別進行高深度修飾蛋白質組學檢測，系統性繪製細胞周期磷酸化修飾蛋白質組的變化譜，最後進行聚類亞群的動態分析，就可以解密這麼複雜的細胞周期調控的生命天書！科研原來也可以So easy！

不過必須提及的是，高深度磷酸化蛋白質組，是這一研究的利器！

如果您對蛋白鑒定數目、修飾位點數目有高的需求，不用猶豫，高深度蛋白質組以及高深度修飾蛋白質組將滿足您的需求。

諾禾致源高深度蛋白質組

超高掃描速度、超高靈敏度的質譜平台為高深度蛋白質組學研究提供了強有力的平台基礎，諾禾致源擁有5台Thermo Scientific Q Exactive? HF-X平台配置，該平台實現了Orbitrap前所未有的40Hz掃描速度，採用的全新離子透鏡技術實現了靈敏度高達10倍的飛躍，搭配多組分、長梯度的技術策略，助力常規細胞、組織蛋白質組學和修飾組學的高深度研究。

參考文獻：

Swaffer MP, Jones AW, Flynn HR, et al. Quantitative Phosphoproteomics Reveals the Signaling Dynamics of Cell-Cycle Kinases in the Fission Yeast Schizosaccharomyces pombe. Cell Rep. 2018,24(2): 503-514.

為你讀文獻

為你分享資源

為你分析研究思路

為你提供最前沿的科研動態

學霸，逗逼，科學家，文藝青年同在！

諾禾質譜丨提供領先的蛋白質組學與代謝組學方案

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！