陳鵬課題組發(fā)展“比較蛋白質(zhì)組學“新技術(shù)
時間：2021-04-06 16:28:05學院：化學與分子工程學院學校：北京大學
2016年9月12日，北京大學化學學院陳鵬課題組在《美國科學院院刊》（PNAS）上發(fā)表題為“Comparative proteomics reveal distinct chaperone-client interactions in supporting bacterial acid resistance”的論文 (doi: 10.1073/pnas.1606360113) ，利用新開發(fā)的“比較蛋白質(zhì)組學“技術(shù)，揭示了大腸桿菌抵抗酸刺激的新機制。
腸道病原微生物獨特的抗酸機制使得它們能夠順利通過人體胃液的強酸環(huán)境，進而在腸道造成感染，嚴重的甚至可能導致死亡。HdeA 和HdeB是目前在這些病原微生物膜間質(zhì)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的唯一的一套抗酸伴侶系統(tǒng)，在許多腸道菌中都高度保守。因此，研究它們抵御強酸環(huán)境的機制將有助于我們更好地理解這些致病菌與宿主之間的作用關(guān)系。另外，HdeA 和HdeB是典型的條件無序分子伴侶蛋白，利用無序結(jié)構(gòu)與多種不同的底物蛋白質(zhì)相互作用以發(fā)揮功能，對它們的研究也能幫助我們更好的理解蛋白質(zhì)無序結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系。北大化學院陳鵬課題組一直致力于抗酸伴侶蛋白底物的捕捉與研究。在之前的工作中，他們與北大生命科學院昌增益課題組合作，開發(fā)了一種遺傳編碼的蛋白質(zhì)光交聯(lián)探針DiZPK，并以大腸桿菌為模型，成功地捕獲并鑒定了HdeA的底物蛋白，揭示了細菌在抵御酸脅迫過程中獨特的分子伴侶協(xié)作機制（Nat Chem Biol 7(10):671–677.）。
在新發(fā)表的工作鐘，為了進一步揭示這兩個看似冗余的分子伴侶HdeA和HdeB是如何相互合作，并在保護大量不同底物蛋白的同時，又避免了非特異性的結(jié)合，陳鵬課題組將新一代的可切割型光交聯(lián)探針DiZSeK與熒光差異雙向凝膠電泳（2D-DIGE）相結(jié)合，發(fā)展了一種名為CAPP-DIGE的“比較蛋白質(zhì)組學“的策略而對HdeA與HdeB的整個底物蛋白組進了直接的比較和質(zhì)譜鑒定。結(jié)果表明，HdeA與HdeB在活細胞條件下對底物蛋白表現(xiàn)出明顯的差異。進一步的研究，發(fā)現(xiàn)這種差異性來源于二者對酸刺激的不同響應(yīng)，使得HdeA和HdeB分別保護了對酸刺激耐受性不同的底物蛋白組。在酸回復過程中，他們進一步發(fā)現(xiàn)底物在被分子伴侶釋放時也是受pH調(diào)控的，且這種pH 調(diào)控的底物釋放過程保證了底物在酸回復過程中的有效重折疊。綜合以上研究結(jié)果，他們提出了細菌抵御酸脅迫過程中pH 對分子伴侶的底物特異性的調(diào)控機制，即pH通過系統(tǒng)性地調(diào)控HdeA 、HdeB以及底物蛋白的折疊狀態(tài)和功能，讓分子伴侶蛋白在不同條件下逐步激活、協(xié)同分工保護不同的客戶蛋白，同時保證了底物蛋白在被釋放后有效地進行重折疊。這一模型為細菌抵抗酸刺激提供了一種高效、經(jīng)濟、靈活和協(xié)調(diào)的蛋白質(zhì)質(zhì)量控制策略。該調(diào)控機制很可能也適用于其他的條件無序分子伴侶系統(tǒng)，而這一新開發(fā)的CAPP-DIGE技術(shù)對于利用蛋白質(zhì)組學鑒定和比較動態(tài)條件下的蛋白-蛋白相互作用及其變化都有著廣闊的應(yīng)用前景。
圖1 (A) CAPP-DIGE流程示意圖；(B) HdeA與HdeB協(xié)同抗酸的新機制
? 北京大學化學學院博士研究生張帥與何丹為該論文的共同第一作者。該工作得到了國家自然科學基金、科技部、教育部、北大
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