Genome Biol丨新型交联质谱技术助力亚细胞水平蛋白质直接相互作用组的解析

细胞 的高度区室化 ，使得各种不同的生物学过程可以同时进行，互不干扰。蛋白质是生命活动的执行者，其发挥功能具有时空特异性，需要定位于特定的亚细胞区域执行功能，通过在不同的区室之间动态移动介导特定的细胞过程和信号转导【1-3】。目前已知 50% 以上 的蛋白质具有 2 个或者更多的亚细胞定位，它们在不同的区域往往通过发生不同的蛋白质相互作用执行功能【2,4】。因此， 在细胞生物学研究中，解析特定亚细胞环境中蛋白质的直接相互作用是揭示其功能 和作用 机制的关键 。

近日，来自多个研究单位的研究团队在Genome Biology期刊在线发表了题目为Enrichablecross-linkers for mapping direct protein interactions的研究成果【5】。该研究通过化学合成新型可富集交联剂及优化富集策略，为鉴定亚细胞水平的蛋白质直接相互作用提供了新的技术方法。

研究者设计 了靶向半胱氨酸和赖氨酸的可富集化学交联剂 ePDES1 和 ePDES 2 ，实现 了 在活细胞中原位捕获蛋白质相互作用。同时 设计了用于交联肽段 IMAC 富集的化合物 AZPA 。 借助点击化学反应 将磷酸基团标记到交联肽段上 ， 降低了交联反应过程中交联剂的空间位阻。通过 IMAC 的特异性富集， 显著提升了 分子间交联肽段以及 低丰度 蛋白 交联肽段的检出率 。研究者建立了基于活细胞交联和 AZPA 交联肽段富集的质谱方法， 并 将其应用于不同亚细胞 器 中硫氧还蛋白（ TXNs ）直接相互作用组的鉴定。

TXNs 是一类古老的氧化还原酶， 广泛 存在于 多种生物体内 。 针 对 各亚细胞 器中 保守 的 氧化还原酶家族，研究团队应用上述工具开展了深入研究 。 在 全细胞和 细胞核中， 鉴定了 数百个与 TXN1 转亚硝基化活性中心 Cys73 直接互作 的 蛋白 和潜在底物，以 及 数十个 与 TXN1 去亚硝基化活性中心 Cys32 直接互作 的 蛋白和潜在底物 。 这些蛋白 涵盖了 与 氧化还原稳态 调控 、嘌呤代谢等相关的关键分子 。研究者进一步 鉴定 了线粒体中 与 TXN2 活性中心 Cys9 0 直接相互作用 的 蛋白和底物， 这些蛋白参与了氨酰 - tRNA 生物合 成、氧化磷酸化等线粒体核心通路。

基于 ePDES1 、 ePDES2 和 AZPA 的交联质谱技术流程

ePDES1 和 ePDES2 结合 AZPA 的交联质谱方法 具有 较 高 的活细胞交联能力、突出的 蛋白质 分子间交联鉴定效率 、 以及 低空间位阻 等特点 。 这一方法 进一步拓展交联质谱 技术 的应用范围 ， 它除了可以用于鉴定 TXNs 的直接相互作用蛋白以外，还可以扩展到其它氧化还原酶以及含高反应性半胱氨酸蛋白的直接相互作用组鉴定 。 AZPA 具有广泛的拓展能力 ， 它可以用于其它含炔基的交联剂介导的交联肽段的富集 ； 可以用于含炔基的交联非天然氨基酸介导的交联肽段的富集 ； 可以用 基于活性的 共价探针标记产物的富集 ， 以及其它被炔基标记蛋白的富集 。

浙江大学杨兵教授和张龙教授， 中科院广州生物医药与健康研究院 的唐士兵研究员和上海科技大学的陈红莉研究员为论文共同通讯作者。浙大城市学院博士后吴婷、浙江大学生命科学研究博士生院周航旭、广州中科院广州生物医药与健康研究院硕士生田静和中国农业科学院北京畜牧兽医研究所周荣研究员为本文共同第一作者。本研究得到浙大城市学院周芳芳教授的大力支持。

原文链接：https://doi.org/10.1186/s13059-025-03669-5

制版人：十一

参考文献

1. Christopher JA, Stadler C, Martin CE, Morgenstern M, Pan Y, Betsinger CN, Rattray DG, Mahdessian D, Gingras AC, Warscheid B, et al: Subcellular proteomics.Nat Rev Methods Primers2021, 1 .

2. Thul PJ, Åkesson L, Wiking M, Mahdessian D, Geladaki A, Ait Blal H, Alm T, Asplund A, Björk L, Breckels LM, et al: A subcellular map of the human proteome.Science2017, 356 .

3. Hung MC, Link W: Protein localization in disease and therapy.J Cell Sci2011, 124: 3381-3392.

4. Chong YT, Koh JL, Friesen H, Duffy SK, Cox MJ, Moses A, Moffat J, Boone C, Andrews BJ: Yeast Proteome Dynamics from Single Cell Imaging and Automated Analysis.Cell2015, 161: 1413-1424.

5 . Wu T, Zhou HX, Tian J, Zhou R, Huangfu S, Jin BK, Sablina A, Zhou F, Chen H, Tang S, Zhang L, Yang B: Enrichable cross-linkers for mapping direct protein interactions.Genome Biol, 2025 Jul 15; 26 (1):205.

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