整合型质谱技术在精氨酸甲基化研究中的应用

Protein arginine methylation is one of the most important post-translational modifications. The covalent attachment of methyl groups to the side-chain of arginine residues modulate protein-protein and protein-nucleic acid interactions by reducing hydrogen-bonding and local hydrophilicity. Arginine is known to play essential roles in regulation of transcription, protein function, and RNA metabolism and reported to be implicated in pathogenic processes, such as oncogenesis、cardiovascular disease、autoimmunity and viral infections, which indicate that abnormally methylated proteins can be disease markers and potential therapeutic targets. Due to the lack of methods for proteome-scale detection of arginine methylation, limited number of arginine methylated proteins and sites have been identified with certainty to date. To extend our knowledge of its relevance in physiological and pathological processes, a stable and high-throughput proteomics methodology should be developed for the qualitative and quantitative study of large scale arginine methylation sites and proteins. On the one hand, these methods could be used to identify more new arginine methylation sites and arginine methylated proteins to extend new functions and roles of arginine methylation in the cell; on the other hand, coupled with quantitative MS analysis of the arginine methylation level between normal and tumor or disease cell lines or regulatory protein deficient cell lines, more information about the extract arginine methylation sites and proteins involved in the cell development or disease and the corresponding regulatory mechanism could be explored, which can provide clues and directions for the functional study of arginine methylation in the cell life and the drug discovery.

精氨酸甲基化是蛋白质后修饰中重要的一种，它参与了基因表达的调节，与肿瘤、心血管、病毒感染和自身免疫性等多种疾病密切相关；甲基化水平异常的蛋白质可以作为潜在的生物标志物或药物靶点。加深对精氨酸甲基化蛋白质、位点以及其调控机制的了解，有利于人们进一步探索其在生命过程中的作用，特别是与疾病发生的关系。实验表明精氨酸甲基化广泛存在于生物体内各种蛋白上，但是，由于其丰度较低和相应高效分析检测方法的缺乏，阻碍了相关研究的开展。本课题拟利用基于新型质谱的蛋白质组学技术，建立起一整套精氨酸甲基化定性和定量分析的方法。通过相关方法的建立，一方面可以高效地发现生物体内蛋白质上新的精氨酸甲基化修饰位点，进一步丰富蛋白质后修饰的草图；另一方面，结合不同条件下精氨酸甲基化水平的变化，进一步阐明精氨酸甲基化在生命过程中动态的变化规律和调节机制，为探索其功能和在生命过程中的作用提供更多的信息和方向。

精氨酸甲基化是蛋白质后修饰中重要的一种，它参与了基因表达的调节，与肿瘤、心血管、病毒感染和自身免疫性等多种疾病密切相关；甲基化水平异常的蛋白质可以作为潜在的生物标志物或药物靶点。加深对精氨酸甲基化蛋白质、位点以及其调控机制的了解，有利于人们进一步探索其在生命过程中的作用，特别是与疾病发生的关系。实验研究表明精氨酸甲基化广泛存在于生命体内的各种功能蛋白质上，但是，由于其丰度较低和相应高效分析检测方法的缺乏，阻碍了相关研究的开展。本课题采用基于新型质谱的蛋白质组学技术，针对性地进行了相关实验方法的优化，比较了抗体富集、反相分离、离子交换、离线与在线多维等等多种分离分析手段，建立起了一套在不同物种中蛋白质精氨酸甲基化后修饰组学分析的研究方法。同时，我们从低等生物和高等生物两个方向出发，通过前期的菌株和细胞系的筛选，确定了不同的菌株和细胞系作为我们研究的对象，利用相关方法的建立，一方面成功高效地发现了不同生命体内（甲氧西林敏感性金黄色葡萄球菌、甲氧西林耐性金黄色葡萄球菌、人乳腺癌细胞等）蛋白质上全新的精氨酸甲基化修饰位点，进一步丰富蛋白质后修饰的蓝图，为相关的功能研究提供很好的参考和辅助；另一方面，比较了不同条件下精氨酸甲基化水平的变化（如甲氧西林敏感性金黄色葡萄球菌与甲氧西林耐性金黄色葡萄球菌之间精氨酸甲基化修饰的变化与其耐性机制的研究等），为阐明精氨酸甲基化在生命过程中动态的变化规律和调节机制，探索其功能和在生命过程中的作用提供了更多的信息和方向；同时，也构建了精氨酸甲基化调控蛋白质JMJD6和PRMT2的基因敲除突变株，利用相关质谱分析手段，对其相关可能调控的甲基化修饰位点进行了组学分析，为其相关功能的研究提供了很好的方向和基础。当然，相关的实验技术方法，也被很好的应用到其他低丰度蛋白质后修饰类型的研究当中。