通過蛋白質(zhì)組學技術(shù)對營養(yǎng)脅迫中泛素化修飾變化情況的分析與解讀

吃貨們，為了健康，少吃點吧！
小編知道一名資深的吃貨，無論什么都阻擋不了美食的誘惑。但我忍不住要阻止：“吃貨們！為了健康，少吃點吧！” 

為什么要讓熱愛美食的你們做出如此痛苦的選擇呢？看看下面這篇文獻解讀你就知道了。

Cell Death and Disease IF=5.965

Liver ubiquitome uncovers nutrient-stress-mediated trafficking and secretion of complement C3

研究背景

脊椎動物肝臟作為生物代謝的重要器官，在營養(yǎng)脅迫應答中發(fā)揮重要作用。在營養(yǎng)不足和營養(yǎng)過量時肝細胞會發(fā)生營養(yǎng)應激調(diào)控。肝細胞的營養(yǎng)應激會引發(fā)多種翻譯后修飾變化，其中就包括泛素化修飾。本文通過蛋白質(zhì)組學技術(shù)對營養(yǎng)脅迫中泛素化修飾變化情況進行了深入的分析與解讀。

樣本來源

小鼠肝臟

技術(shù)路線

Label-free泛素化修飾蛋白組學

研究結(jié)果

1、作者首先構(gòu)建了饑餓/再投喂小鼠模型（fasting–refeeding），之后通過兩種富集方法【Tandem Ubiquitin-Binding Entities 1 (TUBEs 1) 和 UbiQapture】富集其肝臟中泛素化修飾蛋白，酶解后利用LC-MS/MS進行蛋白組學分析，共鑒定到1641個假定的蛋白質(zhì)組。

Figure 1  Identification of the ubiquitin-modified proteome in response to nutrient stress in the liver.

2、通過label free定量蛋白質(zhì)組學分析，作者發(fā)現(xiàn)饑餓處理中26個蛋白的泛素化增加，在投喂后有91個蛋白泛素化增加；為了進一步驗證蛋白的泛素化，作者在HEK293T細胞和小鼠原代肝細胞中對7個代謝相關(guān)蛋白泛素化修飾情況進行了檢測，驗證了組學的數(shù)據(jù)。

Figure 2  Fasting–feeding alters ubiqitylation patterns in the liver.

3、GO功能分析發(fā)現(xiàn)：這些差異修飾蛋白主要對位于線粒體，核糖體以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，主要參與代謝通路的功能；此外，在再投喂組差異修飾蛋白中還有16%位分泌蛋白，分布在ER的膜上和內(nèi)部，而饑餓組差異修飾蛋白主要定位于胞液，線粒體和細胞核內(nèi)。

Figure 3  Liver ubiquitome identifies ER-resident and secretory proteins.

4、作者挑選出一個泛素化修飾差異的蛋白（Pro-C3，complement C3）在HEK293T細胞和小鼠原代肝細胞中進行后期的功能驗證：發(fā)現(xiàn)Pro-C3的泛素化修飾與它的分泌和轉(zhuǎn)運息息相關(guān)；進一步的細胞學實驗發(fā)現(xiàn)Pro-C3蛋白的轉(zhuǎn)運與分泌都受到營養(yǎng)脅迫的調(diào)控。

Figure 4  Pro-C3 is ubiquitylated in the livers of refed mice.

Figure 5  Mature C3 is stored in small vesicles and secreted upon nutrient overload.

5、作者在小鼠模型中驗證了細胞學實驗的結(jié)果，最后得到了一個分子機制模型：肝臟的營養(yǎng)情況會影響先天免疫因子的釋放。

Figure 6  Acute and chronic nutritional stress accelerates trafficking of intracellular C3.

小編心得

本文是一篇典型前期組學篩選+后期功能驗證的文章，前期利用非靶向的修飾蛋白質(zhì)組學分析尋找生物樣品中差異泛素化修飾的蛋白，后期通過在細胞以及生物體水平的功能分析驗證泛素化修飾對蛋白功能的影響。

這篇文章也充分顯示出了相比于轉(zhuǎn)錄組，修飾蛋白質(zhì)組技術(shù)在機理研究的重要作用：轉(zhuǎn)錄組只能較為片面的反應蛋白表達趨勢（這一點也要弱于普通蛋白質(zhì)組），對蛋白翻譯后修飾束手無策；基于質(zhì)譜技術(shù)的修飾蛋白質(zhì)組學技術(shù)不僅可以對單個蛋白的修飾位點（準確定位發(fā)生修飾的氨基酸）進行定性分析，而且可以對修飾程度進行定量分析。

看完這篇文章知道為什么要讓大家少吃點了吧！那就從現(xiàn)在開始，少吃多動，成為一個健康的小吃貨