生物谷專訪-中科院分離分析化學重點實驗室葉明亮研究員

知識 10-10

導語：葉明亮研究員將在2018（第三屆）蛋白質修飾與疾病研討會上分享蛋白質翻譯後修飾規模化分析新技術新方法的研究。

來源：梅斯醫學

編者按

蛋白質修飾通常是增加一定的官能團到蛋白質中，修飾結果對調控蛋白質活性狀態、摺疊、穩定性、空間構象和配體結合具有至關重要的作用。常見的蛋白質翻譯後修飾過程有磷酸化、乙醯化、泛素化、糖基化和甲基化等，它們使蛋白質的結構更為複雜多樣，遺傳調控更為精確精細，功能更為完善，作用更為專一。此外，治療用蛋白質藥物代謝動力學特性的優化、藥效的提高也可以通過多種方式的化學修飾來實現。

蛋白質修飾對生理活動的精細調控具有重大意義，然而諸多已知的蛋白質修飾形式與大量未知的修飾形式一起，在細胞多層次交叉調控信號通路中相互作用、相互影響、動態變化，增加了蛋白質修飾本身的複雜性。蛋白質修飾的全面表徵和分析檢測難度，也給相關的生物葯研究開發帶來了巨大的挑戰。

10月26-27日，生物谷有幸邀請到中科院分離分析化學重點實驗室的葉明亮研究員在2018（第三屆）蛋白質修飾與疾病研討會上分享自己的最新研究成果，題為「蛋白質翻譯後修飾規模化分析新技術新方法的研究」，歡迎大家過來聆聽報告，以下為葉教授的專訪！

生物谷：蛋白質修飾與生命活動本身以及人類各種疾病密切相關，蛋白質通過分子相互修飾可以實現多種具體的生理調節功能。葉教授我們想了解一下，近年來科學界對於蛋白修飾的重要性是否有重新定位，或者有哪些新的認識進展？

葉教授：蛋白質的翻譯後修飾是蛋白質活性的調控開關，在生命活動中發揮重要的調控作用，一直是科學界的研究重點和熱點。蛋白質翻譯後修飾有300多種，並且高度時空動態變化，對其進行深度研究還有很多技術瓶頸亟待解決。科學界也逐漸認識到單靠一個學科，單兵作戰很難攻克這些難點。為了應對科學發展趨勢和研究挑戰，國家自然科學基金委員會化學科學部聯合生命科學、醫學等學部2018年啟動了「生物大分子動態修飾與化學干預」重大研究計劃，以搶佔國際制高點，加速我國在這一領域的發展步伐。該重大研究計劃將充分發揮化學、生命科學和醫學的特點以及學科交叉的優勢，為生物大分子特別是蛋白質的動態修飾機制研究提供具有化學特徵的新工具和新模式。

生物谷：從研究技術手段的角度來看，目前對於蛋白質修飾的深入理解和研究主要面臨哪些問題，缺乏哪些技術手段？

葉教授：蛋白質翻譯後修飾種類繁多，一個蛋白質可以同時有多種修飾，各種修飾之間經常有密切的相互作用。現有的蛋白質組分析方法基本上都是針對某一種修飾進行的，如蛋白質磷酸化、乙醯化、糖基化等等。因此，很難揭示各種修飾之間的相互作用關係。所以我認為對於蛋白質修飾的深入理解和研究目前缺少能在組學水平上對蛋白質修飾狀態進行系統分析的技術。

生物谷：針對低丰度蛋白質翻譯後修飾的檢測檢測，常規檢測方法很容易出現靈敏度低、重複性差的問題。葉教授您開發的蛋白質修飾分析技術是如何針對性的解決這一問題的？

葉教授：在蛋白質組分析中，蛋白要首先酶解成肽段，這極大增加了樣品的複雜度。低丰度翻譯修飾肽段與大量非修飾肽段、高丰度修飾肽段共存。在這麼多背景的干擾下，要對低丰度蛋白質翻譯後修飾進行高靈敏分析必須要將低丰度的修飾肽段特異性的富集出來。我們課題組利用磷酸酯鋯/鈦與磷酸肽之間的特異性強相互作用原理，研發出以磷酸基團為螯合配體的新一代固定化金屬離子親和色譜(IMAC)材料，顯著提高了磷酸化蛋白質組分析的靈敏度。早在2006年我們在國際上首次報道了Zr4+在被螯合在磷酸酯修飾的矽片上後可以選擇性富集磷酸肽，2007年我們發現 Ti4+螯合在磷酸酯修飾的固相微球（Ti4+-IMAC）具有更好的性能。2009年發展了Ti4+-IMAC單分散微球，2013年與荷蘭蛋白質組中心Heck教授一起標準化了基於該微球的富集過程，發表在Nature Protocol上。為了便於以SPE的模式進行富集，我們最近合成了大顆粒的Ti4+-IMAC，富集特異性可以達到98%以上。Ti4+-IMAC是我國科學家首次提出並有自主知識產權的技術，目前已經成為國際上磷酸化肽段富集的主流技術之一。我們原課題組長、著名分析化學家鄒漢法研究員生前在這方面領導我們做了很多工作，具有很大的貢獻。為了進一步推廣應用，我們已初步選擇了一家公司，進行全球銷售。我們最近在酪氨酸磷酸化的分析方面也取得了突破。酪氨酸磷酸化的丰度比絲氨酸/蘇氨酸低2-3個數量級，由於其丰度非常低，分析很困難。目前主要利用抗體富集，其缺點是特異性低、重現性差而且昂貴。我們最近與加拿大西安大略大學的李順成教授合作，建立了一種基於SH2結構域的富集方法，比抗體成本更低、富集效率更高。該技術顯著提高了酪氨酸磷酸化蛋白質組的研究水平，從9個細胞系樣品中鑒定了10,030個高可信的特異性的酪氨酸磷酸化位點，使酪氨酸磷酸化蛋白質組的研究達到了一個前所未有的廣度和深度。我覺得低丰度蛋白質翻譯後修飾分析的進展往往取決於原理創新性方法的建立。

生物谷：葉教授能否給我們簡單的講一下，您開發的蛋白質翻譯後修飾分析技術，將來在疾病的診療、藥物研發當中，可能會有哪些應用價值？

葉教授：蛋白質修飾的異常經常導致蛋白質活性或功能的異常，從而引起疾病。而疾病狀態也可能導致一些修飾酶活性的改變，從而使一些蛋白質翻譯後修飾發生變化。因此在疾病的診療、藥物研發當中都具有重要的作用。

會議詳情

時間：2018年10月26-27日

地點：上海中科院學術活動中心（上海徐匯區肇嘉浜路500號好望角大酒店）

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