中国科大等实现基于蛋白质化学全合成的双泛素蛋白制备

近日，中国科学技术大学生命科学学院、合肥微尺度物质科学国家实验室教授田长麟和清华大学教授刘磊合作，基于蛋白质化学全合成方法制备了不同类型的双泛素蛋白，在特定位点引入光活化交联基团，并成功鉴定高选择性双泛素结合蛋白。相关研究成果以Chemical synthesis of diubiquitin-based photoaffinity probes for selectively profiling ubiquitin-binding proteins 为题发表在《德国应用化学》（Angewante Chemie Int. Ed. DOI: 10.1002/anie.201611659）上，该文章于2月1日在网上公开发布。

泛素化修饰是蛋白质翻译后修饰中非常复杂的一类体系，目前发现存在8种多泛素连接方式，分别在泛素蛋白的Met1、Lys6、Lys11、Lys27、Lys29、Lys33、Lys48、ys63等不同位点上接入下一个泛素蛋白。这些不同类型的蛋白质多泛素修饰在细胞自噬、蛋白酶体降解、细胞信号传导及DNA损伤修复等生命活动中执行非常多样的功能。但是，目前针对多泛素蛋白的生物法制备较为困难，导致选择性识别并结合多泛素修饰的蛋白质的了解非常贫乏。近年来，中国科大田长麟实验室和清华大学刘磊实验室通过紧密合作，在蛋白质化学全合成尤其是含有特种标记、翻译后修饰的膜蛋白、蛋白质复合物的化学全合成及组装等方面取得了多项重要突破（Angew Chemie 2013, 52:9558，JACS 2014, 126:3695，Angew Chemie 2015, 54:14276，JACS 2016, 128:3553等），并于近期发展了蛋白质泛素化修饰的化学合成技术并应用于含泛素化修饰核小体的冷冻电镜(cryo-EM)结构解析（ChemBioChem 2017, 18:176）。这些为基于蛋白质化学全合成制备含有光交联基团的不同类型双泛素蛋白制备和高选择性结合蛋白的质谱鉴定提供了重要基础。

近期，中国科大田长麟实验室、严以京实验室和清华大学刘磊实验室密切合作，应用基于蛋白质化学全合成方法制备了Lys48连接、Lys63连接的双泛素蛋白，并在蛋白质化学合成过程中在Ala46位点上引入不同的光交联基团。通过和标准泛素蛋白结合实验，确认了双泛素蛋白合成的有效性，并优化了光交联基团的反应条件。在此基础上，从哺乳动物细胞HEK293裂解液中通过光激活双泛素蛋白，并应用质谱方法鉴定出多个能和Lys48-连接双泛素、Lys63-连接双泛素结合的蛋白质，为后续进一步分析这些双泛素结合蛋白在细胞自噬、DNA损伤修复等生理活动中的功能机制提供了重要的前期基础。相关工作将为分析其他蛋白质相互作用、细胞中配体-受体发现等重要科学问题提供可靠的方法学手段。

含有光交联基团的双泛素蛋白化学全合成及不同类型双泛素特异性结合蛋白的质谱鉴定