磷酸化是細(xì)胞內(nèi)最常見(jiàn)和最重要的蛋白質(zhì)翻譯后修飾之一。在真核細(xì)胞中，大約1/3的蛋白質(zhì)會(huì)被磷酸化。蛋白質(zhì)的磷酸化和去磷酸化作為一種“分子開關(guān)”，通過(guò)影響蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、定位和功能，在細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)錄翻譯、代謝和發(fā)育等生命過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。
蛋白質(zhì)磷酸化是指在激酶作用下，由三磷酸腺苷（ATP）提供磷酸根和能量將磷酸根共價(jià)鍵合到蛋白質(zhì)殘基的過(guò)程，而去磷酸化則是由磷酸酶催化的水解反應(yīng)。目前約有500種蛋白激酶和少量的磷酸酶調(diào)節(jié)著可逆的磷酸化過(guò)程。
圖2：磷酸化修飾類型[1]
表1：磷酸化修飾類型[1]
盡管磷酸化蛋白的數(shù)目相對(duì)較多，但磷酸化多肽在總酶切多肽中的占比并不高，據(jù)推測(cè)可能不足 5%，大量非磷酸化蛋白的存在會(huì)對(duì)磷酸化蛋白的鑒定造成一定的挑戰(zhàn)。近年來(lái)不斷有各種磷酸化富集方法的報(bào)道，使得磷酸化蛋白質(zhì)和磷酸化位點(diǎn)的鑒定數(shù)目有了大幅度的提高[2]。下面列舉了目前常用的磷酸化肽段富集方法及其特點(diǎn)（圖3，表2），目前最常用的是親和色譜法。
圖3：磷酸化肽段富集方法[2]
表2：磷酸化修飾肽段富集方法[1]
磷酸化修飾對(duì)蛋白質(zhì)的功能性和穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用，它們調(diào)控著蛋白質(zhì)的活性、定位、相互作用，是細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)和生物學(xué)過(guò)程的關(guān)鍵調(diào)節(jié)器。磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)作為一門研究這些修飾的科學(xué)手段，可以幫助解決不同領(lǐng)域的生物學(xué)問(wèn)題。
磷酸化蛋白質(zhì)組對(duì)于全面理解復(fù)雜的生物學(xué)網(wǎng)絡(luò)、揭示疾病發(fā)生的分子機(jī)制、發(fā)現(xiàn)和驗(yàn)證疾病標(biāo)志物、指導(dǎo)個(gè)性化醫(yī)療以及推動(dòng)藥物開發(fā)具有不可替代的重要性。
圖4：磷酸化在癌癥研究中的應(yīng)用[3]
磷酸化修飾在細(xì)胞信號(hào)傳遞中起著核心作用，通過(guò)分析特定信號(hào)分子的磷酸化狀態(tài)，可以深入理解信號(hào)通路的調(diào)控機(jī)制，為癌癥細(xì)胞生物學(xué)和不同腫瘤類型的信號(hào)提供了機(jī)制上的見(jiàn)解。KSEA的發(fā)現(xiàn)實(shí)例包括鑒定蛋白激酶A作為腫瘤成纖維細(xì)胞中細(xì)胞代謝增加的介質(zhì)；鑒定通過(guò)壁內(nèi)皮細(xì)胞中β-整聯(lián)蛋白的缺失在癌癥細(xì)胞中激活的MAPK-ROCK2途徑；以及發(fā)現(xiàn)MAPKAPK2作為調(diào)節(jié)衰老的MTOR下游激酶等[3]。
腫瘤細(xì)胞會(huì)分泌胞外蛋白進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，磷酸化后會(huì)引起信號(hào)通路的變化，這些磷酸化的胞外蛋白可能成為診療過(guò)程中合適的生物標(biāo)志物[4]。這些標(biāo)志物可以用于疾病的早期診斷、預(yù)后評(píng)估和治療響應(yīng)監(jiān)測(cè)，推動(dòng)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。Gerdes等人開發(fā)了一種機(jī)器學(xué)習(xí)工作流程，該流程根據(jù)磷酸蛋白質(zhì)組譜對(duì)最有效的治療方法進(jìn)行排名，在一項(xiàng)針對(duì)膽管癌細(xì)胞系的獨(dú)立研究中預(yù)測(cè)了藥物反應(yīng)，支持基于機(jī)器學(xué)習(xí)的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)。很明顯，磷酸蛋白質(zhì)組將成為指導(dǎo)下一代靶向治療的寶貴信息來(lái)源[3]。
蛋白質(zhì)磷酸化可以在生長(zhǎng)素的多個(gè)方面發(fā)揮重要作用，包括生物合成、運(yùn)輸、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)以及與其他信號(hào)通路的串?dāng)_。研究表明脫落酸與細(xì)胞分裂素等激素也是利用蛋白質(zhì)磷酸化修飾進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，在植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[5]。
非生物（干旱、洪水、溫度等）和生物脅迫（真菌、細(xì)菌、病毒等）都會(huì)對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育構(gòu)成重大威脅。蛋白質(zhì)磷酸化作為脅迫響應(yīng)的分子開關(guān)，參與調(diào)節(jié)了植物對(duì)環(huán)境變化做出快速反應(yīng)。
在非生物脅迫情況下，應(yīng)激激素ABA、信號(hào)中樞MAPK、鈣依賴性蛋白激酶CPKs和鹽敏感響應(yīng)因子SOS均發(fā)揮著重要作用，這些因子相應(yīng)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)主要依賴于一系列磷酸化反應(yīng)。生物脅迫中，植物體內(nèi)觸發(fā)包括快速受體樣細(xì)胞質(zhì)激酶(RLCK)磷酸化、MAPK級(jí)聯(lián)激活、活性氧(ROS)爆發(fā)和防御激素的產(chǎn)生等，以上過(guò)程都有磷酸化的參與[5]。
青蓮百奧修飾蛋白組學(xué)產(chǎn)品線升級(jí)，不僅精心打磨了經(jīng)典修飾產(chǎn)品線（如磷酸化、糖基化、泛素化等），同時(shí)開拓了一系列新型修飾產(chǎn)品線（如乳酸化、?；揎?、氧化還原等）?，F(xiàn)憑借先進(jìn)的高分辨率、高靈敏度質(zhì)譜技術(shù)，積累了豐富的修飾組學(xué)研究經(jīng)驗(yàn)，提供深入的生物信息學(xué)分析報(bào)告，為科研工作的深入探索和成果的有效轉(zhuǎn)化提供強(qiáng)有力的支持。
參考文獻(xiàn)
[1] 江波,高博,魏淑嫻,等.蛋白質(zhì)N-磷酸化修飾富集方法進(jìn)展[J].色譜,2024,42(07):623-631.
[2] 李佳然,陳秀蘭,楊福全.磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)研究中磷酸化肽段富集與分離方法研究進(jìn)展[J].生物工程學(xué)報(bào),2022,38(10):3648-3658.DOI:10.13345/j.cjb.220599.
[3] Higgins L, Gerdes H, Cutillas PR. Principles of phosphoproteomics and applications in cancer research. Biochem J. 2023;480(6):403-420. doi:10.1042/BCJ20220220
[4] 武維新,嚴(yán)佳,譚喜瑩,等.磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)富集策略進(jìn)展及其在疾病研究中的應(yīng)用[J].中國(guó)藥科大學(xué)學(xué)報(bào),2016,47(01):19-29.
[5] Zhang WJ, Zhou Y, Zhang Y, Su YH, Xu T. Protein phosphorylation: A molecular switch in plant signaling. Cell Rep. 2023;42(7):112729. doi:10.1016/j.celrep.2023.112729
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