通过蛋白质组学方法解析的交联现象揭示了α-突触核蛋白S129磷酸化对蛋白质结构的调控作用，这种调控作用会受到环境因素的影响

《Journal of the American Chemical Society》：Proteoform-Resolved Cross-Linking Reveals Environment-Dependent Structural Effects of α-Synuclein S129 Phosphorylation

　　

摘要

内在无序蛋白（IDPs）是许多神经退行性疾病的致病因素，但由于它们存在于会随化学环境变化的动态集合中，因此其结构难以确定。α-突触核蛋白（aSyn）就是一个典型的例子——这种与帕金森病相关的IDP，在疾病相关聚集物中S129位点的磷酸化现象尤为明显。虽然S129的磷酸化在稀溶液中能使aSyn的结构更加稳定，但这种结构效应是否适用于其他生化环境至今仍不清楚。为此，我们开发了一种定量交联质谱技术来研究野生型（WT）和pS129版本的aSyn在不同化学环境中的行为。我们比较了稀溶液以及两种对aSyn生物学具有重要影响的物质：三甲胺N-氧化物（TMAO）和辛基葡糖苷（OG）微胶粒。TMAO是一种源自肠道微生物群的代谢物，与帕金森病有关，高浓度时可作为促进蛋白质紧凑化的渗透压调节剂；而OG微胶粒则能模拟细胞膜的特性。实验结果显示： - 1.8 M浓度的TMAO通过增加N端和C端区域之间的长程相互作用，使WT版本的aSyn向pS129版本的结构转变； - 3.4 M浓度的TMAO则使两种蛋白形式均发生结构坍塌，减少了它们之间的结构差异。 在OG微胶粒中，两种蛋白形式的结构特征出现分化：WT版本的aSyn倾向于形成扩展螺旋结构，C端尾部与微胶粒结合的部分之间存在较强相互作用；而pS129版本的aSyn则更倾向于N端区域与NAC区域的相互作用，与C端尾部的接触较少，这种结构更接近“断裂螺旋”形态。 通过整合区域接触频率、归一化交联强度及几何兼容性分析，该方法能够区分宏观的蛋白质接触分布与每种特定条件下主导的残基级接触模式。 这些研究结果建立了一个基于环境的IDP结构模型，表明磷酸化效应并非固定不变，而是会受到周围化学环境的影响而发生变化。