Cell重要成果:绘制凋亡蛋白质组图谱

【字体: 时间:2012年07月23日 来源:生物通

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  斯克里普斯研究所的科学家们同时绘制出了细胞中两种最重要的蛋白质修饰类型的图谱,揭示了在凋亡这一重要细胞过程中它们之间广泛的协同作用。相关论文发表在7月20日的《细胞》(Cell)杂志上。

  

生物通报道  斯克里普斯研究所的科学家们同时绘制出了细胞中两种最重要的蛋白质修饰类型的图谱,揭示了在凋亡这一重要细胞过程中它们之间广泛的协同作用。相关论文发表在7月20日的《细胞》(Cell)杂志上。

磷酸化(Phosphorylation)和蛋白质水解(proteolysis)几乎总是被独立开展研究。新研究联合多种技术在细胞群中绘制了所有蛋白质事件的图谱揭示了它们是如何协同作用来执行称之为凋亡的细胞“自毁程序”的。

关于细胞凋亡的这些特异的研究结果有可能促使开发出新的癌症诊断和药物,因为癌症治疗的目的往往是诱导恶性细胞发生凋亡。更为重要的是,该研究标志着开发出了一种新的“蛋白质组学”基本工具,应该会提供对于许多细胞过程的有用的见解。

“检测蛋白质调控信号间的相互串扰长期以来是一个挑战,因此利用这项新技术,我们能够开始从事过去很难或是不可能的分析,”该研究的资深调查员、斯克里普斯研究所化学生理学系主任及教授、Skaggs化学生物学研究所成员Benjamin F. Cravatt说。

需要一种全面的方法

磷酸化和蛋白质水解是细胞中最重要的蛋白质修饰机制。它们由酶介导,发生在蛋白质从遗传物质翻译过来并进行折叠之后。一些蛋白质水解和磷酸化事件可作用激活蛋白质,使其能够参与到重大的细胞过程中;另一些则起失活蛋白质的作用。

以往对于磷酸化和蛋白质水解的研究表明有时两种机制会协同发挥作用,尤其是在凋亡过程中。但是这样的研究一直是侧重在对单个凋亡驱动酶和它们的生物化学伴侣上,而非细胞内“全面的”凋亡过程。

 “在这项研究中,我们希望建立一种全面的方法让我们看到凋亡过程中蛋白质水解和磷酸化之间所有的串扰迹象,”Cravatt实验室研究助理Melissa M. Dix说。Dix与华盛顿大学博士后研究人员、当时的研究生Gabriel M. Simon为文章的共同第一作者。

新见解

Dix和Simon曾建立了一种较早的蛋白质水解绘图方法,他们在2008年的一篇《Cell》论文中描述了这一称作为PROTOMAP的技术。它可用于生成目的过程中细胞内蛋白质裂解事件的详细图像。在新研究中,研究人员添加了一种检测磷酸化事件的技术,再结合近期开发的蛋白质组学技术SILAC,使得研究人员能够区分指定样本中来自不同细胞群的蛋白质拷贝。研究人员随后将这些组合的技术应用到了对照细胞和凋亡细胞群,以便找到只发生在凋亡过程中的蛋白质水解和磷酸化事件。

他们检测到了超过700种凋亡特异性蛋白质水解事件,大多是由称作caspases的凋亡驱动酶介导,包括了许多从前未曾报到的事件。新图谱也首次揭示了磷酸化事件的广泛的凋亡特异性的网络,其中许多与蛋白质水解事件明确相关。“只查看磷酸化事件的图谱,我们就可以看到它们在已知caspase裂解的位点非常的常见,”Dix说。

以往的研究提示靠近蛋白质caspase裂解位点的磷酸化作用总是倾向于阻止此裂解。新的数据显示了其他方面。“我们可以看到这些凋亡特异性磷酸化有时存在于caspase裂解片段中,”Dix说。

Dix和Simon证明在某些情况下这些磷酸化作用促进了caspase裂解事件;在其他情况下,裂解事件也促进了磷酸化作用。同样,他们证实一些在凋亡过程中磷酸化蛋白质的激酶直到它们被caspases裂解激活才能发挥作用。“我们一直倾向于分别研究蛋白质水解和磷酸化作用,然而现在很清楚它们之间密切相关,需要这样来看待,”Dix说。

癌症治疗的潜在应用

Cravatt实验室现在正将此研究中开发的这些技术应用到其他分析中,开始着手多种细胞类型中的凋亡研究。他们在刚发表的研究中采用的urkat T细胞常被用于检测凋亡,因为其很容易被诱导经历这一过程。“但每个细胞类型都有自己的一套起作用的蛋白,当经受凋亡时给予了它不同的标记,”Cravatt说。

在特定细胞类型中检测凋亡的技术将在癌症诊断和治疗时用得上。肿瘤细胞通常会对凋亡产生耐受,而化疗往往是通过战胜这一抵抗来杀死肿瘤细胞。Dix、Cravatt和同事们现在正试图确定某些磷酸化蛋白质片段是否能够被用作癌细胞中高度特异性的凋亡‘生物标记物’,在一次简单的血液测试中就可检测到。“这样的测试会告诉你癌症药物是否正在发挥作用,”Cravatt说。

来自这些凋亡研究的数据资源有可能帮助研究人员设计出凋亡诱导癌症药物,他指出凋亡只不过是新绘图技术可用于阐明的一个细胞过程。

(生物通:何嫱)

生物通推荐原文摘要:

Functional Interplay between Caspase Cleavage and Phosphorylation Sculpts the Apoptotic Proteome

Caspase proteases are principal mediators of apoptosis, where they cleave hundreds of proteins. Phosphorylation also plays an important role in apoptosis, although the extent to which proteolytic and phosphorylation pathways crosstalk during programmed cell death remains poorly understood. Using a quantitative proteomic platform that integrates phosphorylation sites into the topographical maps of proteins, we identify a cohort of over 500 apoptosis-specific phosphorylation events and show that they are enriched on cleaved proteins and clustered around sites of caspase proteolysis. We find that caspase cleavage can expose new sites for phosphorylation, and, conversely, that phosphorylation at the +3 position of cleavage sites can directly promote substrate proteolysis by caspase-8. This study provides a global portrait of the apoptotic phosphoproteome, revealing heretofore unrecognized forms of functional crosstalk between phosphorylation and caspase proteolytic pathways that lead to enhanced rates of protein cleavage and the unveiling of new sites for phosphorylation.

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