熱蛋白質(zhì)組學(xué)是一種結(jié)合熱穩(wěn)定性分析與質(zhì)譜技術(shù)的高通量、無偏向性蛋白質(zhì)組篩選方法。其原理是藥物與蛋白結(jié)合會(huì)影響蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性，使結(jié)合蛋白在加熱后表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性。蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性變化是研究配體結(jié)合的重要手段，也是藥靶發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。當(dāng)細(xì)胞或細(xì)胞裂解液被加熱到特定溫度時(shí)，蛋白質(zhì)會(huì)發(fā)生變性并逐漸不溶。然而，與非結(jié)合狀態(tài)的蛋白相比，被小分子藥物結(jié)合的蛋白更具熱穩(wěn)定性，在相同溫度條件下其變性程度較小。通過比較不同溫度下蛋白質(zhì)的溶解曲線（Tm）及其差異（ΔTm），熱蛋白質(zhì)組學(xué)能夠在全蛋白質(zhì)組水平上識(shí)別潛在的藥物靶點(diǎn)，并通過通路富集分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證鎖定關(guān)鍵靶點(diǎn)。目前，熱蛋白質(zhì)組學(xué)已廣泛應(yīng)用于新藥靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)、機(jī)制解析和藥物適應(yīng)癥拓展等領(lǐng)域，尤其在揭示小分子藥物的多靶點(diǎn)效應(yīng)方面具有顯著優(yōu)勢。
細(xì)胞熱轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)是一種經(jīng)典的熱穩(wěn)定性分析方法，它通過檢測蛋白在不同溫度條件下的熱穩(wěn)定性，來揭示小分子藥物與蛋白質(zhì)的結(jié)合情況。 細(xì)胞熱轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)最初多采用蛋白質(zhì)印跡法（WB）進(jìn)行檢測，這種方法雖然特異性較高，但通量較低，通常適用于靶點(diǎn)篩選后的驗(yàn)證階段。隨著質(zhì)譜技術(shù)的飛速發(fā)展， 細(xì)胞熱轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)與基于質(zhì)譜的定量蛋白質(zhì)組學(xué)相結(jié)合，衍生出了熱蛋白質(zhì)組學(xué) 方法。這種結(jié)合定量質(zhì)譜和熱穩(wěn)定性分析的技術(shù)，為藥物靶點(diǎn)的全面解析提供了強(qiáng)有力的支持，顯著提高了藥物靶標(biāo)篩選的效率和準(zhǔn)確性。在小分子藥靶研究日益復(fù)雜的今天，百泰派克生物科技憑借深厚的蛋白質(zhì)組學(xué)研究積淀和先進(jìn)的質(zhì)譜平臺(tái)，為科研人員提供高效、精準(zhǔn)的熱蛋白質(zhì)組學(xué)解決方案，助力新藥研發(fā)及藥物靶點(diǎn)的全面解析。
圖1. 熱蛋白質(zhì)組學(xué)方法流程（Savitski et al., 2014）
相關(guān)應(yīng)用文獻(xiàn)一：
標(biāo)題：Lactate regulates cell cycle by remodelling the anaphase promoting complex
乳酸通過重塑細(xì)胞分裂后期促進(jìn)復(fù)合體來調(diào)節(jié)細(xì)胞周期
期刊：Nature
IF：50.5
時(shí)間：2023
主要研究內(nèi)容：
乳酸在快速分裂的細(xì)胞中是豐富的，因?yàn)樾枰岣咂咸烟欠纸獯x來支持增殖，但是目前尚不清楚積累的乳酸是否影響增殖狀態(tài)。在這里，使用系統(tǒng)的方法來確定橫跨人類蛋白質(zhì)組的蛋白質(zhì)的乳酸依賴調(diào)節(jié)。為了確定乳酸豐度升高對(duì)整個(gè)蛋白質(zhì)組的直接影響，研究人員應(yīng)用熱蛋白質(zhì)組學(xué)方法系統(tǒng)地評(píng)估蛋白質(zhì)熱穩(wěn)定性的變化，監(jiān)測了超過3900個(gè)蛋白質(zhì)的乳酸依賴性熱穩(wěn)定性變化，其中表現(xiàn)出最穩(wěn)定的熱穩(wěn)定性變化的蛋白是UBE2C。后續(xù)的研究確定了一種細(xì)胞周期調(diào)節(jié)機(jī)制，即積累的乳酸重塑了后期促進(jìn)復(fù)合物（APC/C），以這種方式重塑APC/C是由乳酸直接抑制SUMO蛋白酶SENP1引起的。研究發(fā)現(xiàn)積累的乳酸通過在SENP1活性位點(diǎn)與鋅形成復(fù)合物結(jié)合并抑制SENP1。乳酸抑制SENP1穩(wěn)定了APC4上兩個(gè)殘基的SUMOylation，從而驅(qū)動(dòng)UBE2C與APC/C結(jié)合。乳酸對(duì)APC/C的直接調(diào)節(jié)刺激細(xì)胞周期蛋白的定時(shí)降解，并在增殖的人類細(xì)胞中有效地退出有絲分裂。這個(gè)機(jī)制是在有絲分裂進(jìn)入時(shí)乳酸豐度達(dá)到頂點(diǎn)時(shí)啟動(dòng)的。通過這種方式，乳酸的積累傳達(dá)了營養(yǎng)充足的生長階段的結(jié)果，以刺激APC/C的定時(shí)開放、細(xì)胞分裂和增殖。相反，乳酸的持續(xù)積累會(huì)導(dǎo)致APC/C異常重構(gòu)，并通過有絲分裂滑移克服抗有絲分裂藥理學(xué)。
圖2. 乳酸調(diào)節(jié)APC/C蛋白相互作用
相關(guān)應(yīng)用文獻(xiàn)二：
標(biāo)題：Selective activation of PFKL suppresses the phagocytic oxidative burst
選擇性激活PFKL可抑制吞噬性氧化爆發(fā)
期刊：Cell
IF：45.5
時(shí)間：2021
研究概要：
圖3
主要研究內(nèi)容：
在中性粒細(xì)胞中，通過戊糖磷酸途徑產(chǎn)生的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）為NADPH氧化酶NOX2提供燃料，產(chǎn)生活性氧來殺死入侵的病原體；但是過量的NOX2活性可加重炎癥，如急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）。在這里使用兩種無偏向的化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)策略來證明小分子LDC7559或更有效的設(shè)計(jì)類似物NA-11，通過激活糖酵解酶磷酸果糖激酶-1肝型（PFKL）和抑制戊糖磷酸途徑的通量來抑制中性粒細(xì)胞中NOX2依賴性的氧化爆發(fā)。因此，用NA-11處理的中性粒細(xì)胞減少了NOX2依賴性輸出，包括中性粒細(xì)胞死亡（NETosis）和組織損傷。PFKL的高分辨率結(jié)構(gòu)證實(shí)了NA-11與AMP/ADP變構(gòu)活化位點(diǎn)的結(jié)合，并解釋了為什么NA-11不能誘導(dǎo)磷酸果糖激酶-1血小板型（PFKP）或肌肉型（PFKM）。因此，NA-11代表了一種選擇性激活PFKL的工具，PFKL是免疫細(xì)胞中表達(dá)的主要磷酸果糖激酶-1亞型。
圖4. NA-11全局相互作用物和特異性靶點(diǎn)的化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)分析
相關(guān)應(yīng)用文獻(xiàn)三：
標(biāo)題：Thermal proteome profiling reveals fructose-1,6-bisphosphate as a phosphate donor to activate phosphoglycerate mutase 1
熱蛋白質(zhì)組分析顯示果糖-1,6-二磷酸是激活磷酸甘油突變酶1的磷酸供體
期刊：Nature Communications
IF：14.7
時(shí)間：2024
主要研究內(nèi)容：
對(duì)糖代謝-蛋白質(zhì)相互作用的深入理解將為糖代謝重編程在人體生理病理中的應(yīng)用提供啟示。盡管已經(jīng)為確定單個(gè)事件做出了巨大的努力，但對(duì)這種相互作用的全局分析仍然具有挑戰(zhàn)性。此項(xiàng)研究通過糖酵解代謝產(chǎn)物果糖-1,6-二磷酸（FBP）相互作用蛋白的熱蛋白質(zhì)組學(xué)分析，揭示了FBP的化學(xué)信號(hào)作用，它作為磷酸供體激活磷酸甘油酸突變酶1 (PGAM1)，并為糖酵解和細(xì)胞增殖提供通路內(nèi)反饋。在分子水平上，F(xiàn)BP向PGAM1的催化組氨酸提供C1-O-磷酸或C6-O-磷酸，形成3-磷酸組氨酸（3-pHis）修飾。重要的是，結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系研究有助于發(fā)現(xiàn)可能抑制癌細(xì)胞增殖的PGAM1直立抑制劑。研究共同描繪了FBP相互作用組的光譜，并發(fā)現(xiàn)了FBP獨(dú)特的共價(jià)信號(hào)功能，該功能通過組氨酸磷酸化支持Warburg效應(yīng)，從而激發(fā)了針對(duì)糖代謝的藥理學(xué)工具的開發(fā)。
圖5. FBP相互作用蛋白的熱蛋白質(zhì)組分析
隨著熱蛋白質(zhì)組學(xué)在小分子藥靶研究中的廣泛應(yīng)用，科研人員在靶點(diǎn)篩選、藥物重定位及新藥開發(fā)等領(lǐng)域的研究進(jìn)入了全新的階段。通過高通量、高靈敏度的蛋白質(zhì)組學(xué)分析，熱蛋白質(zhì)組學(xué)能夠高效識(shí)別潛在的藥物靶點(diǎn)，并為藥物機(jī)制的深入理解提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持。
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參考文獻(xiàn)：
1.Mikhail M. Savitski et al. ,Tracking cancer drugs in living cells by thermal profiling of the proteome.Science346,1255784(2014).DOI:10.1126/science.1255784.
2.Liu, W., Wang, Y., Bozi, L.H.M. et al. Lactate regulates cell cycle by remodelling the anaphase promoting complex. Nature 616, 790–797 (2023).
3.Amara, Neri et al. Selective activation of PFKL suppresses the phagocytic oxidative burst. Cell, Volume 184, Issue 17, 4480 - 4494.e15.
4.Zhang, Y., Cao, Y., Wu, X. et al. Thermal proteome profiling reveals fructose-1,6-bisphosphate as a phosphate donor to activate phosphoglycerate mutase 1. Nat Commun 15, 8936 (2024).
相關(guān)服務(wù)：
化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)
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