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[材料资讯] 陈鹏/樊新元团队成功开发基于生物正交光催化的线粒体组学新技术CAT-Prox

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发表于 2021-11-1 16:48:53 | 显示全部楼层 |阅读模式
线粒体作为细胞的能量工厂在多个信号通路以及多种疾病的发生发展中扮演了相当重要的角色。对线粒体蛋白质组进行多维度的解析能够使我们更深入地了解它的功能。然而,现有的线粒体蛋白质组学技术存在相应的缺陷。其中,通过密度梯度离心得到的线粒体容易被其他细胞器污染,且对分离后的线粒体进行蛋白质组学分析不能够反映活细胞内的真实情况。酶促邻近标记以及亚细胞定位的活性化学分子标记技术常用于活细胞中的线粒体蛋白质组学分析,然而这两种技术分别受限于质粒转染的操作难度以及活性化学分子的非特异性标记。

生物正交光催化

生物正交光催化
图1. CAT-Prox技术示意图
         近日,北京大学化学与分子工程学院陈鹏/樊新元团队报道了一种基于光催化的生物正交反应的新一代线粒体蛋白质组学技术CAT-Prox(Photocatalytic decaging-enabled proximity labeling strategy)。该研究利用光催化的生物正交反应的独特优势,提出光敏剂靶向线粒体和可见光外源控制的“化学-光控”协同策略,在活细胞的线粒体中原位催化产生活性化学探针,用于线粒体蛋白质组的原位、实时标记,实现了无需基因操作、时空灵活可控的线粒体蛋白质的原位标记,在难以基因操作的细胞中实现了高特异的线粒体蛋白质组学的“时-空”分析。
作者首先将响应蓝光照射的光催化剂定位至线粒体,随后向细胞中加入叠氮苯基保护的亚甲基醌化合物。其中,叠氮苯基能够在蓝光的照射下被光催化剂催化还原并离去,原位生成高亲电性的亚甲基醌中间体,实现线粒体蛋白质的特异性标记。最后,作者通过选择性富集和串联质谱分析被特异性标记的线粒体蛋白质,实现高覆盖率、高特异性以及时空分辨的线粒体蛋白质组学分析。结果表明,该方法在HeLa细胞以及更难转染的RAW264.7细胞中能够鉴定到超过200个线粒体蛋白质,特异性高达70%。此外,作者还利用这一策略在炎症刺激下的RAW264.7细胞中实现了线粒体蛋白质组的动态分析,除了能够高特异性地鉴定线粒体蛋白质以外还能够对它们在炎症刺激前后的丰度变化进行监测,实现多维度的线粒体蛋白质组学分析

生物正交光催化

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图2. 线粒体蛋白质组的串联质谱分析结果
        综上,该项研究开发了基于光催化的生物正交剪切反应以及邻近标记的线粒体蛋白质组学技术CAT-Prox。该技术在不需要质粒转染的情况下实现了时空分辨的线粒体蛋白质组学分析,为日后在活体中进一步研究亚细胞区域的动态蛋白质组打下了坚实的基础,从而能够更深入更细致地对生物学过程进行解析。该研究成果近日以“Bioorthogonal Photocatalytic Decaging-Enabled Mitochondrial Proteomics”为题发表于Journal of the American Chemical Society (https://doi.org/10.1021/jacs.1c09171)。
        北京大学化学与分子工程学院博士研究生黄宗煜、刘子琦为该论文的共同第一作者,北京大学化学与分子工程学院、北大-清华生命科学联合中心陈鹏教授和北京大学化学与分子工程学院的樊新元副研究员为该论文的共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金委、科技部、北京分子科学国家研究中心以及北大-清华生命科学联合中心的资助。
        原文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c09171


      


       文章来源:北京大学
         陈鹏,北京大学化学与分子工程学院 “百人计划”研究员。2002年本科毕业于北京大学化学与分子工程学院,2007年获得美国芝加哥大学化学博士学位,并随后在Scripps研究所从事博士后工作。2009年回国,现任北京大学化学学院“百人计划”研究员,化学生物学系副主任,合成与功能生物分子中心副主任,北京大学-清华大学生命科学联合中心PI。 在独立工作中以“活细胞水平上的蛋白质化学修饰与调控”为主线,发展了蛋白质活体标记和操控的化学方法,并开展了这些新技术手段在生物体系中的应用。近五年共以通讯作者发表论文30余篇,包括Nature Chemistry 1篇、Nature Chemical Biology 2篇、J. Am. Chem. Soc. 5篇、Angew. Chem. Int. Ed. 3篇、Acc. Chem. Res和Chem. Soc. Rev.各1篇等。部分代表性工作受到了国际同行的广泛关注,并被Nature Asia Pacific, 美国化学会Chemical & Engineering News,英国皇家化学会Chemistry World及Faculty 1000等专业学术媒体做了报道或推荐。此外,作为主编之一编写了国家自然科学基金《化学科学前沿丛书》之《 化学生物学学科前沿与展望》一书,并组织了多次化学生物学领域的专题会议。目前担任《自然》出版集团Scientific Reports杂志的编委。曾获Elizabeth Norton研究奖 (2007),药明康德生命化学研究奖(2011),中国化学会青年化学奖(2012),第十三届中国青年科技奖(2013)等荣誉。2012年获得国家杰出青年科学基金的资助,并入选了中组部首批青年拔尖人才支持计划。
       樊新元,北京大学化学与分子工程学院副研究员。研究兴趣集中在生物正交化学反应、光催化等“遥控化学生物学工具”的开发与应用研究,实现了蛋白质快速激活、药物靶向释放、受体配体相互作用原位调控等技术突破。近5年的研究成果以(共)通讯/第一作者发表在包括J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Nat. Commun., Acc. Chem. Res., J. Catal.等国际知名学术期刊。主持国家自然科学基金重大研究计划培育、面上等多项基金,以骨干参与科技部重点研发计划专项项目及北京市基金委重点基金等项目。














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