蛋白修飾研究新技術(shù)系列二

日期：2011-05-05 08:25:39

細(xì)胞的行為由蛋白決定，但是常見的DNA測序，或者芯片分析實驗并不能告訴我們一個蛋白的指令到底是什么。在蛋白翻譯過程中和翻譯后，酶，脂類，蛋白和糖類會對新合成蛋白上的氨基酸進(jìn)行修飾，從而導(dǎo)致即使是相同的遺傳序列得到的蛋白，其功能也不盡相同的。

近年來科學(xué)家們越來越關(guān)注蛋白修飾，也初步了解了一些蛋白修飾何時出現(xiàn)，這些修飾的作用是什么，比如說磷酸基團(tuán)修飾能失活，或者激活酶；線粒體蛋白賴氨酸上的乙酰基團(tuán)修飾會導(dǎo)致代謝改變；組蛋白肽段上的甲基化修飾則能調(diào)控基因表達(dá)；SUMO蛋白修飾更是會影響到細(xì)胞凋亡，神經(jīng)退行性病變等多個重要細(xì)胞進(jìn)程。

但是這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，對于哪些肽段會被修飾，在哪兒修飾，這些修飾如何發(fā)生，對于細(xì)胞的影響是什么，我們知之甚微。現(xiàn)代質(zhì)譜分析技術(shù)能分析一些類似磷酸化修飾的簡單蛋白修飾，但是要找到像是SUMO蛋白這樣的修飾卻存在技術(shù)上的門檻，研究修飾蛋白的功能更還是處于嬰兒期。不過隨著新技術(shù)的不斷推陳出新，我們對于蛋白修飾的了解也越來越多，在著名的The Scientist雜志上，幾位專家就這一方法，提出了一些新穎的方法，克服了蛋白修飾研究中的難題。

自己組裝核小體

在哺乳動物基因組中，組蛋白有很多修飾形式，比如一個核小體由兩個H2A，兩個H2B，兩個H3，兩個H4組成的八聚體和147bp纏繞在外面的DNA組成，組成核小體的組蛋白的核心部分狀態(tài)大致是均一的，游離在外的N-端則可以受到各種各樣的修飾，包括組蛋白末端的乙酰化, 甲基化, 磷酸化, 泛素化，ADP核糖基化等等，這些修飾都會影響基因的轉(zhuǎn)錄活性。

這些修飾蛋白能傳遞各種各樣的信息，幫助識別DNA和組蛋白，雖然之前在這方面進(jìn)行了不少研究，但是科學(xué)家們?nèi)匀徊磺宄M蛋白翻譯后修飾是如何改變這些相互作用的蛋白結(jié)構(gòu)，從而能產(chǎn)生“帶有生物學(xué)意義的信號”。

來自劍橋大學(xué)Gurdon研究院的研究人員在這方面作出的努力，他們利用修飾后組蛋白，以及甲基化DNA自己組裝核小體，然后觀察這些蛋白會如何作用。為了能組裝核小體，研究人員首先在細(xì)菌中分別表達(dá)了人類組蛋白，以及DNA，接下來將這些組蛋白和DNA進(jìn)行純化，并給DNA加上甲基化修飾，在組蛋白上也加上甲基化肽段。然后將甲基化組蛋白和DNA組裝成核小體，最后把這個核小體連接到一個瓊脂糖磁珠上，浸泡在從人類細(xì)胞分離的核蛋白中，這樣就能觀察到蛋白的相互作用了。

通過這個方法，研究人員分析了單個核小體中的組蛋白修飾和DNA修飾，不過這只是冰山一角，他們希望能進(jìn)一步分析多個核小體中的不同組蛋白修飾復(fù)合作用。

但是這種技術(shù)實際上并不簡單，制造組裝核小體十分花費時間，要求的實驗技術(shù)也高，每個步驟都需要純化，加上準(zhǔn)備材料的時間，一般一個項目要耗時幾個月。

雖然這么說，但這樣做還是值得的，過去研究人員只能僅僅分析蛋白與修飾組蛋白之間的單個反應(yīng)，而這一新技術(shù)能幫助我們分析纏繞在DNA上的整個組蛋白相互作用。研究核小體中的組蛋白能揭示這些三維結(jié)構(gòu)是如何通過與蛋白相互作用，改變傳遞信息的，這是無法從單個肽段分析中能獲得的。