蛋白质上甲硫氨酸的可逆氧化修饰及其在细胞信号转导中的功能

Protein post-translational modifications are the chemical foundations in the regulation of cell signaling pathway. Take protein phosphorylation as an example, it is widely adapted in various cell signaling pathways. In aerobic organisms, the reversible oxidation of protein-bound cysteine and methionine plays a key role in cellular redox signaling. The molecular mechanism of the reversible oxidation of cysteine in cell signaling is relatively clear. However, the molecular mechanism of the reversible oxidation of methionine in cell signaling is largely unknown. From the chemistry perspective, the reversible oxidation of methionine brings a big impact on protein structure. Besides, previous studies showed that reversible methionine oxidation of actin regulates its dynamic assembly process. Herein, we proposed to develop chemical biology strategies to study the reversible oxidation of protein-bound methionine and its functions in cell signaling. In more specific, we proposed to develop chemical biology probes to specifically label methionine or its oxidized product, and then quantitatively study the functions of reversible oxidation of methionine on key proteins that play roles in cell signaling; we also proposed to apply chemoproteomic technologies to identify redox-sensitive methionine residues and uncover their functions in cell signaling.

蛋白质翻译后修饰是细胞信号转导调控的重要化学基础。以蛋白质磷酸化为代表的可逆翻译后修饰过程在细胞信号通路调控中被广泛应用。在耗氧生物中，蛋白质上半胱氨酸和甲硫氨酸的可逆氧化修饰在氧化还原信号转导中扮演着重要作用。半胱氨酸的可逆氧化修饰在细胞信号转导过程中的调节机制研究较为明确，而甲硫氨酸的相关研究非常匮乏。从化学的角度上看，甲硫氨酸可逆氧化修饰，给蛋白质的结构带来了巨大的影响。且已有的研究表明，甲硫氨酸的可逆氧化修饰调控细胞微丝蛋白的动态组装。基于此，本研究拟发展系列化学生物学工具，研究甲硫氨酸在蛋白质上的可逆氧化并鉴定其在细胞信号转导中的新功能。通过发展甲硫氨酸和其氧化产物的特异性反应探针，定量地研究信号转导通路中重要蛋白上甲硫氨酸的可逆氧化修饰；结合化学蛋白质组学技术，鉴定在氧化还原信号转导通路中的氧化敏感的甲硫氨酸位点，并鉴定其在信号转导中的功能。

蛋白质翻译后修饰是细胞信号转导调控的重要化学基础。以蛋白质磷酸化为代表的可逆翻译后修饰过程在细胞信号通路调控中被广泛应用。在耗氧生物中，蛋白质上半胱氨酸和甲硫氨酸的可逆氧化修饰在氧化还原信号转导中扮演着重要作用。本项目利用化学生物学方法，根据甲硫氨酸的氧化还原性及其相关的蛋白质翻译后修饰的生化特性，取得系列研究进展。项目系统地综述了近年来发展的甲硫氨酸化学选择性修饰方法及其在多肽，蛋白质和蛋白质组标记中的系列应用和前景，并开展了氧氮环丙烷试剂的系列生物学应用；实现了甲硫酰化赖氨酸修饰的精准在体合成，并N端甲硫氨酸可被高效修饰的生化原理，发现了细胞中存在新型氨酰化赖氨酸泛素化修饰，并探索了新修饰的生物学功能和书写酶；开发了嵌合体翻译系统，以接近天然氨基酸的编码效率，高效、高特异地引入蛋白质精准修饰，并构建了依赖非天然氨基酸生长的合成微生物，通过工程改造Cation-Pi相互作用开发了亲和力显著提升的超级读码蛋白。.