近日，来自苏黎世联邦理工学院的研究者在Cell上发表重要研究成果，巧妙利用代谢物的结合能够局部改变蛋白质结构的特征，开发了一种基于质谱的高通量小分子代谢物与蛋白质相互作用的高通量检测方法Lip-SMap，为该领域的研究提供了一种新的有效工具[3]。
1. Lip-Map方法检测代谢物-蛋白质互作的原理和技术路线
基于此前的研究基础，作者开发了名为Lip-Map的方法流程，如图1。首先在非变性的条件下提取蛋白质，保留其原本的空间结构。加入小分子代谢物后，如果该代谢物结合到某些蛋白质上以，就会局部改变蛋白质的结构，进行改变蛋白质被Proteinase K酶切的表位。然后，再使用常规的方法进行蛋白变性和Trypsin酶解，通过质谱分析比较差异的肽段，就可以找到这些被小分子结合的蛋白质。
图1 Lip-Map方法的技术路线流程
2. 大肠杆菌中的代谢物-蛋白质互作网络
作者选择了大肠杆菌作为测试的研究对象，分别使用20种不同的代谢中间产物来检测其与大肠杆菌蛋白的相互作用。通过实验，共检测到1,678个代谢物-蛋白质的相互作用，其中1,447个是此前从未见诸报道的。这些相互作用很多是与有机酸和糖磷酸盐相关的。作者通过和公共数据库BRENDA的比较，发现该检测方法的假阳性率不超过5.5%。这些结果证明了该方法在实际应用中的强大和准确。
图2 大肠杆菌的代谢物-蛋白质互作图谱
3. 寻找代谢物的结合位点
除了寻找代谢物结合的蛋白，该方法还能够提供结合的位点信息，特别是催化活性位点的信息。通过结合分析大肠杆菌蛋白晶体结构的信息，作者发现异构肽段距离活性位点之间的距离为6.44埃，显著低于11.9埃平均值。这意味着确实这些结合导致的异构肽段和催化活性位点有密切的联系。
图3 代谢物与蛋白质结合位点的分析
代谢物不单是蛋白质催化的产物，也可以反过来影响蛋白质的功能，事实上和蛋白质是一个相互调节的过程。目前对于共价结合的化学修饰，我们已经开发了完善的高通量检测体系[4-5]，但对于非共价的结合缺一直缺乏有效的手段。这篇文章提出了一种创新性的检测体系，并且证明了其在具体应用上的重要价值，为生化领域的研究提供了一种新的有效工具。
参考文献：
[1] Sabari B R, et al. Metabolic regulation of gene expression through histone acylations[J]. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 2017, 18(2): 90.
[2] Tan M, et al. Identification of 67 histone marks and histone lysine crotonylation as a new type of histone modification[J]. Cell, 2011, 146(6): 1016-1028.
[3] Piazza I, et al. A map of protein-metabolite interactions reveals principles of chemical communication[J]. Cell, 2018.
[4] Park J, et al. SIRT5-mediated lysine desuccinylation impacts diverse metabolic pathways[J]. Molecular cell, 2013, 50(6): 919-930.
[5] Huang J, et al. 2-Hydroxyisobutyrylation on histone H4K8 is regulated by glucose homeostasis in Saccharomyces cerevisiae[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2017: 201700796.
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