Nat Chem：深圳湾实验室李刚团队绘制了人类蛋白质组中精氨酸反应性和配体性的功能景观

化学蛋白质组学的最新进展，特别是基于活性的蛋白质分析（ABPP），已经从针对特定酶家族内的活性位点发展到全局表征氨基酸反应性和配体性。这一进展是由实现深层蛋白质组覆盖的选择性化学探针推动的，能够成功靶向亲核或氧化还原活性残基，例如半胱氨酸、赖氨酸、酪氨酸、蛋氨酸、天冬氨酸/谷氨酸、色氨酸和组氨酸。

通过将反应性化学探针与定量质谱 (MS) 相结合，通过竞争性片段筛选（共价药物开发中快速发展的前沿）加速了共价配体的发现，该筛选主要关注半胱氨酸和赖氨酸残基 。这些共价配体扩展了可成药的蛋白质组。此外，ABPP还可以对内源代谢物和翻译后修饰 (PTM) 进行竞争性分析。同位素串联正交蛋白水解-ABPP (isoTOP-ABPP) 工作流程进一步增强了单个残基水平的分辨率，促进了未表征位点的注释并加深了对其功能作用的理解。

最近的努力越来越多地集中在较少探索的氨基酸上，其中精氨酸因其独特的化学性质和重要的生物功能而引人注目。其碱性胍侧链 (pKa ~ 12) 在生理 pH 下保持质子化，从而能够与带负电或芳香族部分发生静电和阳离子-π 相互作用。

因此，精氨酸是蛋白质-蛋白质相互作用 (PPI) 热点中第二丰富的残基，常见于酶活性位点、底物结合区域和分子识别界面。它还有助于蛋白质折叠和稳定性，而甲基化、瓜氨酸化和磷酸化等 PTM 则调节蛋白质活性、定位、相互作用和信号传导。此外，精氨酸通过液-液相分离（LLPS）驱动生物分子凝聚体形成，影响多种细胞过程。

在人类蛋白质组中筛选用于精氨酸分析的PG衍生物（图源自Nature Chemistry ）

精氨酸选择性标记的尝试可以追溯到Maillard反应，其中源自还原糖的内源 α-二羰基化合物可以修饰精氨酸。1968 年，Takahashi及其同事比较了甲基乙二醛、乙基乙二醛和苯基乙二醛 (PG)，确定PG是最具反应性和选择性的。

从那时起，基于PG的化学探针已用于多种应用，包括抗体标记 、化学交联、瓜氨酸位点识别和共价分析。其他 α,β-二羰基部分也已用于识别精氨酸二甲基化位点、全局分析瓜氨酸化并用作不可逆精氨酸修饰的弹头。然而，人类蛋白质组中精氨酸反应性和配体性的整体分析在很大程度上仍未得到探索。

在这里，研究人员筛选了一个PG衍生物的集中文库，以增强蛋白质组的覆盖范围和选择性，显著提高精氨酸位点的检测。将数据集与LLPS倾向蛋白和二元蛋白复合物结构相结合，确定了两个关键的精氨酸残基，它们在胞质溶胶或细胞核中调节LLPS。

使用还原二甲基化ABPP(ReDiMe)和数据独立采集(DIA ),我们绘制了高反应性精氨酸图并评估了可配性。可配性分析揭示了调节蛋白活性的可靶向精氨酸，突出了潜在的共价药物靶点。值得注意的是，许多可配体的精氨酸在质子泵抑制剂上表现出降低的溶剂可及性，共价修饰破坏了相互作用。免疫共沉淀证实这些配体抑制特定的PPIs。

总的来说，该研究绘制了精氨酸反应性和可配性的图表，为精氨酸靶向共价药物的发现提供了功能见解和扩展机会。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41557-025-02012-6