基于蛋白质半胱氨酸的活性蛋白表达谱分析

引用本文: 姜中尧, 牛雅新, 王楠, 陈蓁蓁, 唐波. 基于蛋白质半胱氨酸的活性蛋白表达谱分析[J]. 大学化学, 2023, 38(1): 119-128. doi: 10.3866/PKU.DXHX202203011 shu

Citation: Zhongyao Jiang, Yaxin Niu, Nan Wang, Zhenzhen Chen, Bo Tang. Activity-Based Protein Profiling of the Functional Cysteinome[J]. University Chemistry, 2023, 38(1): 119-128. doi: 10.3866/PKU.DXHX202203011 shu

基于蛋白质半胱氨酸的活性蛋白表达谱分析

山东师范大学化学化工与材料科学学院, 分子与纳米探针教育部重点实验室, 济南 250014

通讯作者: 陈蓁蓁, zzchen@sdnu.edu.cn

基金项目:
山东省自然科学基金项目(ZR201911140003)；国家自然科学基金项目(22134004)

摘要: 蛋白质中的半胱氨酸对维持和调控细胞内的氧化还原平衡起着重要作用，同时它们也是多种蛋白质的功能活性位点，参与诸多生理过程。此外，蛋白质中的半胱氨酸上所发生的一系列翻译后修饰也扩展了蛋白质功能的多样性。随着化学蛋白质组学的发展，基于活性的蛋白表达谱(Activity-based protein profiling，ABPP)分析技术在探究蛋白质半胱氨酸及其翻译后修饰方面取得了很多重要的研究成果。本文简要介绍了用于蛋白质半胱氨酸的活性蛋白表达谱分析方法，讨论了针对蛋白质半胱氨酸及其翻译后修饰的蛋白质组学领域的最新研究，并对该领域的未来发展趋势进行了展望。

关键词:

English

Activity-Based Protein Profiling of the Functional Cysteinome

Key Laboratory of Molecular and Nano Probes (Ministry of Education), College of Chemistry, Chemical Engineering and Materials Science, Shandong Normal University, Ji'nan 250014, China

Corresponding author: Zhenzhen Chen, zzchen@sdnu.edu.cn

Received Date: 09 March 2022

Abstract: Proteomic cysteines play important roles in maintaining and regulating redox homeostasis in cells; they also act as functional active site in many proteins and participate in many physiological processes. In addition, post-translationally modifying proteomic cysteines also extends protein functional diversity. The development of chemical proteomics and activity-based protein profiling (ABPP) has led to many important improvements that enable cysteines and their post-translational modifications to be explored. In this paper, we briefly introduce ABPP methods for the proteome-wide profiling of cysteines, present the latest proteomics research into protein-based cysteines and their post-translational modifications, and discuss future developmental trends in this field.

Key words:

Cysteine
/ Protein post-translational modifications
/ Activity-based protein profiling
/ Chemical probes

1. [1]
  王初, 陈南. 化学学报, 2015, 73 (7), 371
2. [2]
  张晓勤, 陈川, 方彩云, 陆豪杰. 分析化学, 2016, 44 (11), 9.
3. [3]
  Esposito, F.; Ammendola, R.; Faraonio, R.; Russo, T.; Cimino, F. Neurochem. Res. 2004, 29 (3), 617.Esposito, F.; Ammendola, R.; Faraonio, R.; Russo, T.; Cimino, F. Neurochem. Res. 2004, 29 (3), 617.
4. [4]
  Salmeen, A.; Andersen, J. N.; Myers, M. P.; Meng, T. C.; Hinks, J. A.; Tonks, N. K.; Barford, D. Nature 2003, 423 (6941), 769.Salmeen, A.; Andersen, J. N.; Myers, M. P.; Meng, T. C.; Hinks, J. A.; Tonks, N. K.; Barford, D. Nature 2003, 423 (6941), 769.
5. [5]
  Shi, Y.; Carroll, K. S. Acc. Chem. Res. 2020, 53 (1), 20.Shi, Y.; Carroll, K. S. Acc. Chem. Res. 2020, 53 (1), 20.
6. [6]
  Nodwell, M. B.; Sieber, S. A. Activity-Based Protein Profiling; Springer Verlag: Berlin, Germany, 2012.Nodwell, M. B.; Sieber, S. A. Activity-Based Protein Profiling; Springer Verlag: Berlin, Germany, 2012.
7. [7]
  Cravatt, B. F.; Wright, A. T.; Kozarich, J. W. Annu. Rev. Biochem. 2008, 77 (1), 38Cravatt, B. F.; Wright, A. T.; Kozarich, J. W. Annu. Rev. Biochem. 2008, 77 (1), 38
8. [8]
  Maurais, A. J.; Weerapana, E. Curr. Opin. Chem. Biol. 2019, 50, 29.Maurais, A. J.; Weerapana, E. Curr. Opin. Chem. Biol. 2019, 50, 29.
9. [9]
  Weerapana, E.; Wang, C.; Simon, G. M.; Richter, F.; Khare, S.; Dillon, M. B. D.; Bachovchin, D. A.; Mowen, K.; Baker, D.; Cravatt, B. F. Nature 2010, 468 (7325), 790.Weerapana, E.; Wang, C.; Simon, G. M.; Richter, F.; Khare, S.; Dillon, M. B. D.; Bachovchin, D. A.; Mowen, K.; Baker, D.; Cravatt, B. F. Nature 2010, 468 (7325), 790.
10. [10]
  Wang, C.; Weerapana, E.; Blewett, M. M.; Cravatt, B. F. Nat. Methods 2014, 11 (1), 79.Wang, C.; Weerapana, E.; Blewett, M. M.; Cravatt, B. F. Nat. Methods 2014, 11 (1), 79.
11. [11]
  Guo, C. J.; Chang, F. Y.; Wyche, T. P.; Backus, K. M.; Acker, T. M.; Funabashi, M.; Taketani, M.; Donia, M. S.; Nayfach, S.; Pollard, K. S.; et al. Cell 2017, 168 (3), 517.Guo, C. J.; Chang, F. Y.; Wyche, T. P.; Backus, K. M.; Acker, T. M.; Funabashi, M.; Taketani, M.; Donia, M. S.; Nayfach, S.; Pollard, K. S.; et al. Cell 2017, 168 (3), 517.
12. [12]
  Grossman, E. A.; Ward, C. C.; Spradlin, J. N.; Bateman, L. A.; Huffman, T. R.; Miyamoto, D. K.; Kleinman, J. I.; Nomura, D. K. Cell Chem. Biol. 2017, 24 (11), 1368.Grossman, E. A.; Ward, C. C.; Spradlin, J. N.; Bateman, L. A.; Huffman, T. R.; Miyamoto, D. K.; Kleinman, J. I.; Nomura, D. K. Cell Chem. Biol. 2017, 24 (11), 1368.
13. [13]
  Blewett, M. M.; Xie, J.; Zaro, B. W.; Backus, K. M.; Altman, A.; Teijaro, J. R.; Cravatt, B. F. Sci. Signal. 2016, 9 (445), rs10.Blewett, M. M.; Xie, J.; Zaro, B. W.; Backus, K. M.; Altman, A.; Teijaro, J. R.; Cravatt, B. F. Sci. Signal. 2016, 9 (445), rs10.
14. [14]
  Whitby, L. R.; Obach, R. S.; Simon, G. M.; Hayward, M. M.; Cravatt, B. F. ACS Chem. Biol. 2017, 12 (8), 2040.Whitby, L. R.; Obach, R. S.; Simon, G. M.; Hayward, M. M.; Cravatt, B. F. ACS Chem. Biol. 2017, 12 (8), 2040.
15. [15]
  Backus, K. M.; Correia, B. E.; Lum, K. M.; Forli, S.; Horning, B. D.; GonzalezPaez, G. E.; Chatterjee, S.; Lanning, B. R.; Teijaro, J. R.; Olson, A.; et al. Nature 2016, 534 (7608), 570.Backus, K. M.; Correia, B. E.; Lum, K. M.; Forli, S.; Horning, B. D.; GonzalezPaez, G. E.; Chatterjee, S.; Lanning, B. R.; Teijaro, J. R.; Olson, A.; et al. Nature 2016, 534 (7608), 570.
16. [16]
  Yang, F.; Gao, J.; Che, J.; Jia, G.; Wang, C. Aanl. Chem. 2018, 90 (15), 9576.Yang, F.; Gao, J.; Che, J.; Jia, G.; Wang, C. Aanl. Chem. 2018, 90 (15), 9576.
17. [17]
  Tian, C.; Sun, R.; Liu, K.; Fu, L.; Liu, X.; Zhou, W.; Yang, Y.; Yang, J. Cell Chem. Biol. 2017, 24 (11), 1416.Tian, C.; Sun, R.; Liu, K.; Fu, L.; Liu, X.; Zhou, W.; Yang, Y.; Yang, J. Cell Chem. Biol. 2017, 24 (11), 1416.
18. [18]
  Vinogradova, E. V.; Zhang, X.; Remillard, D.; Lazar, D. C.; Suciu, R. M.; Wang, Y.; Bianco, G.; Yamashita, Y.; Crowley, V. M.; Schafroth, M. A.; et al. Cell 2020, 182, 1009.Vinogradova, E. V.; Zhang, X.; Remillard, D.; Lazar, D. C.; Suciu, R. M.; Wang, Y.; Bianco, G.; Yamashita, Y.; Crowley, V. M.; Schafroth, M. A.; et al. Cell 2020, 182, 1009.
19. [19]
  Abo, M.; Weerapana, E. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137 (22), 7087.Abo, M.; Weerapana, E. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137 (22), 7087.
20. [20]
  Abo, M.; Bak, D. W.; Weerapana, E. ChemBioChem 2017, 18 (1), 81.Abo, M.; Bak, D. W.; Weerapana, E. ChemBioChem 2017, 18 (1), 81.
21. [21]
  Shannon, D. A.; Banerjee, R.; Webster, E. R.; Bak, D. W.; Wang, C.; Weerapana, E. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136 (9), 3330.Shannon, D. A.; Banerjee, R.; Webster, E. R.; Bak, D. W.; Wang, C.; Weerapana, E. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136 (9), 3330.
22. [22]
  Abegg, D.; Frei, R.; Cerato, L.; Prasad, H. D.; Wang, C.; Waser, J.; Adibekian, A. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54 (37), 10852.Abegg, D.; Frei, R.; Cerato, L.; Prasad, H. D.; Wang, C.; Waser, J.; Adibekian, A. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54 (37), 10852.
23. [23]
  Motiwala, H. F.; Kuo, Y. H.; Stinger, B. L.; Palfey, B. A.; Martin, B. R. J. Am. Chem. Soc. 2020, 142 (4), 1801.Motiwala, H. F.; Kuo, Y. H.; Stinger, B. L.; Palfey, B. A.; Martin, B. R. J. Am. Chem. Soc. 2020, 142 (4), 1801.
24. [24]
  Tokunaga, K.; Sato, M.; Kuwata, K.; Miura, C.; Fuchida, H.; Matsunaga, N.; Koyanagi, S.; Ohdo, S.; Shindo, N.; Ojida, A. J. Am. Chem. Soc. 2020, 142 (43), 18522.Tokunaga, K.; Sato, M.; Kuwata, K.; Miura, C.; Fuchida, H.; Matsunaga, N.; Koyanagi, S.; Ohdo, S.; Shindo, N.; Ojida, A. J. Am. Chem. Soc. 2020, 142 (43), 18522.
25. [25]
  McConnell, E. W.; Smythers, A. L.; Hicks, L. M. J. Am. Soc. Mass Spectr. 2020, 31 (8), 1697.McConnell, E. W.; Smythers, A. L.; Hicks, L. M. J. Am. Soc. Mass Spectr. 2020, 31 (8), 1697.
26. [26]
  Conibear, A. C. Nat. Rev. Chem. 2020, 4, 67.Conibear, A. C. Nat. Rev. Chem. 2020, 4, 67.
27. [27]
  Yang, F.; Wang, C. Chem. Commun. 2020, 56 (88), 13506.Yang, F.; Wang, C. Chem. Commun. 2020, 56 (88), 13506.
28. [28]
  Zhang, Y.; Qin, W.; Wang, C. Curr. Opin. Biotechnol. 2021, 68, 37.Zhang, Y.; Qin, W.; Wang, C. Curr. Opin. Biotechnol. 2021, 68, 37.
29. [29]
  杨靖. 中国科学: 生命科学, 2021, 51 (11), 1558.
30. [30]
  Jaffrey, S. R.; Hediye, E. B.; Ferris, C. D.; Tempst, P.; Snyder, S. H. Nat. Cell. Biol. 2001, 3, 193.Jaffrey, S. R.; Hediye, E. B.; Ferris, C. D.; Tempst, P.; Snyder, S. H. Nat. Cell. Biol. 2001, 3, 193.
31. [31]
  Pan, J.; Carroll, K. S. ACS Chem. Biol. 2013, 8 (6), 1110.Pan, J.; Carroll, K. S. ACS Chem. Biol. 2013, 8 (6), 1110.
32. [32]
  Kulkarni, R. A.; Bak, D. W.; Wei, D.; Bergholtz, S. E.; Briney, C. A.; Shrimp, J. H.; Alpsoy, A.; Thorpe, A. L.; Bavari, A. E.; Crooks, D. R.; et al. Nat. Chem. Biol. 2019, 15 (4), 391.Kulkarni, R. A.; Bak, D. W.; Wei, D.; Bergholtz, S. E.; Briney, C. A.; Shrimp, J. H.; Alpsoy, A.; Thorpe, A. L.; Bavari, A. E.; Crooks, D. R.; et al. Nat. Chem. Biol. 2019, 15 (4), 391.
33. [33]
  Qin, W.; Qin, K.; Zhang, Y.; Jia, W.; Chen, Y.; Cheng, B.; Peng, L.; Chen, N.; Liu, Y.; Zhou, W.; et al. Nat. Chem. Biol. 2019, 15 (10), 983.Qin, W.; Qin, K.; Zhang, Y.; Jia, W.; Chen, Y.; Cheng, B.; Peng, L.; Chen, N.; Liu, Y.; Zhou, W.; et al. Nat. Chem. Biol. 2019, 15 (10), 983.
34. [34]
  Paulsen, C. E.; Carroll, K. S. ACS Chem. Biol. 2010, 5 (1), 47.Paulsen, C. E.; Carroll, K. S. ACS Chem. Biol. 2010, 5 (1), 47.
35. [35]
  Winterbourn, C. C. Nat. Chem. Biol. 2008, 4 (5), 278.Winterbourn, C. C. Nat. Chem. Biol. 2008, 4 (5), 278.
36. [36]
  Chao, M. R.; Evans; M. D., Hu, C. W., Ji, Y.; Møller, P.; Rossner, P.; Cooke, M. S. Redox. Biol. 2021, 42, 2213.Chao, M. R.; Evans; M. D., Hu, C. W., Ji, Y.; Møller, P.; Rossner, P.; Cooke, M. S. Redox. Biol. 2021, 42, 2213.
37. [37]
  Yang, J.; Gupta, V.; Carroll, K. S.; Liebler, D. C. Nat. Commun. 2014, 5, 4776.Yang, J.; Gupta, V.; Carroll, K. S.; Liebler, D. C. Nat. Commun. 2014, 5, 4776.
38. [38]
  Gupta, V.; Yang, J.; Liebler, D. C.; Carroll, K. S. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139 (15), 5588.Gupta, V.; Yang, J.; Liebler, D. C.; Carroll, K. S. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139 (15), 5588.
39. [39]
  Lisa, J. A.; Bruno, L. O.; Michael, J. D.; Tara, L. P.; Michael, V. P.; Goncalo, J. L. B.; Justin, M. C. ACS. Chem. Biol. 2019, 14 (4), 594.Lisa, J. A.; Bruno, L. O.; Michael, J. D.; Tara, L. P.; Michael, V. P.; Goncalo, J. L. B.; Justin, M. C. ACS. Chem. Biol. 2019, 14 (4), 594.
40. [40]
  Alcock, L. J.; Langini, M.; Stühler, K.; Remke, M.; Perkins, M. V.; Bernardes, G. J. L.; Chalker, J. M. ChemBioChem 2019, 21 (9), 1329.Alcock, L. J.; Langini, M.; Stühler, K.; Remke, M.; Perkins, M. V.; Bernardes, G. J. L.; Chalker, J. M. ChemBioChem 2019, 21 (9), 1329.
41. [41]
  Poole, T. H.; Reisz, J. A.; Zhao, W. L.; Poole, L. B.; Furdui, C. M.; King, S. B. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136 (17), 6167.Poole, T. H.; Reisz, J. A.; Zhao, W. L.; Poole, L. B.; Furdui, C. M.; King, S. B. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136 (17), 6167.
42. [42]
  Rehder, D. S.; Borges, C. R. Biochemistry 2010, 49 (35), 7748.Rehder, D. S.; Borges, C. R. Biochemistry 2010, 49 (35), 7748.
43. [43]
  Clermont, S. R.; Toledano, M. B. Nat. Chem. Biol. 2018, 14, 991Clermont, S. R.; Toledano, M. B. Nat. Chem. Biol. 2018, 14, 991
44. [44]
  Lo Conte, M.; Carroll, K. S. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51 (26), 6502.Lo Conte, M.; Carroll, K. S. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51 (26), 6502.
45. [45]
  Lo Conte, M.; Lin, J.; Wilson, M. A.; Carroll, K. S. ACS Chem. Biol. 2015, 10 (8), 1825.Lo Conte, M.; Lin, J.; Wilson, M. A.; Carroll, K. S. ACS Chem. Biol. 2015, 10 (8), 1825.
46. [46]
  Akter, S.; Fu, L.; Jung, Y.; Conte, M. L.; Lawson, J. R.; Lowther, W. T.; Sun, R.; Liu, K.; Yang, J.; Carroll, K. S. Nat. Chem. Biol. 2018, 14 (11), 995.Akter, S.; Fu, L.; Jung, Y.; Conte, M. L.; Lawson, J. R.; Lowther, W. T.; Sun, R.; Liu, K.; Yang, J.; Carroll, K. S. Nat. Chem. Biol. 2018, 14 (11), 995.
47. [47]
  Majmudar, J. D.; Konopko, A. M.; Labby, K. J.; Tom, C. T. M. B.; Crellin, J. E.; Prakash, A.; Martin. B. R. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138 (6), 1852.Majmudar, J. D.; Konopko, A. M.; Labby, K. J.; Tom, C. T. M. B.; Crellin, J. E.; Prakash, A.; Martin. B. R. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138 (6), 1852.
48. [48]
  Foster, M. W.; McMahon, T. J.; Stamler, J. S. Trends Mol. Med. 2003, 9 (4), 160.Foster, M. W.; McMahon, T. J.; Stamler, J. S. Trends Mol. Med. 2003, 9 (4), 160.
49. [49]
  Tannenbaum, S. R.; White, F. M. ACS Chem. Biol. 2006, 1 (10), 615.Tannenbaum, S. R.; White, F. M. ACS Chem. Biol. 2006, 1 (10), 615.
50. [50]
  Hannoush, R. N.; Ramirez, N. A. ACS Chem. Biol. 2009, 4 (7), 581.Hannoush, R. N.; Ramirez, N. A. ACS Chem. Biol. 2009, 4 (7), 581.
51. [51]
  Yang, J.; Tallman, K. A.; Porter, N. A.; Liebler, D. C. Anal. Chem. 2015, 87 (5), 2535.Yang, J.; Tallman, K. A.; Porter, N. A.; Liebler, D. C. Anal. Chem. 2015, 87 (5), 2535.
52. [52]
  Charron, G.; Li, M.; MacDonald, M. R.; Hang, H. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2013, 110 (27), 11085.Charron, G.; Li, M.; MacDonald, M. R.; Hang, H. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2013, 110 (27), 11085.
53. [53]
  Qin, W.; Zhang, Y.; Tang, H.; Liu, D.; Chen, Y.; Liu, Y.; Wang, C. J. Am. Chem. Soc. 2016, 142 (25), 10894.Qin, W.; Zhang, Y.; Tang, H.; Liu, D.; Chen, Y.; Liu, Y.; Wang, C. J. Am. Chem. Soc. 2016, 142 (25), 10894.

扫一扫看文章

计量

PDF下载量: 9
文章访问数: 731
HTML全文浏览量: 148

通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com

1.
沈阳化工大学材料科学与工程学院沈阳 110142

基于蛋白质半胱氨酸的活性蛋白表达谱分析

通讯作者: 陈蓁蓁, zzchen@sdnu.edu.cn

English

Activity-Based Protein Profiling of the Functional Cysteinome

Corresponding author: Zhenzhen Chen, zzchen@sdnu.edu.cn

CCS Chemistry：嵌段共聚物自组装成 “三明治”二维有机材料，实现纳米级压力传感功能

CCS Chemistry：颜徐州、鲍哲南：你的皮肤可能是一片SPMs

CCS Chemistry：工作高效不疲劳，只须让催化剂动起来

CCS Chemistry：静电组装导向聚合- 聚电解质纳米凝胶量化制备新策略

CCS Chemistry：金黄色葡萄球菌醛基脱氢酶是如何识别特异性底物的？

计量

通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com

中国化学会秘书处

基于蛋白质半胱氨酸的活性蛋白表达谱分析

通讯作者: 陈蓁蓁, zzchen@sdnu.edu.cn

English

Activity-Based Protein Profiling of the Functional Cysteinome

Corresponding author: Zhenzhen Chen, zzchen@sdnu.edu.cn

CCS Chemistry：嵌段共聚物自组装成 “三明治”二维有机材料，实现纳米级压力传感功能

CCS Chemistry：颜徐州、鲍哲南： 你的皮肤可能是一片SPMs

CCS Chemistry：工作高效不疲劳，只须让催化剂动起来

CCS Chemistry：静电组装导向聚合- 聚电解质纳米凝胶量化制备新策略

CCS Chemistry：金黄色葡萄球菌醛基脱氢酶是如何识别特异性底物的？

计量

文章相关

通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com

中国化学会秘书处

CCS Chemistry：颜徐州、鲍哲南：你的皮肤可能是一片SPMs