磷酸化是細胞內(nèi)最常見和最重要的蛋白質翻譯后修飾之一。在真核細胞中，大約1/3的蛋白質會被磷酸化。蛋白質的磷酸化和去磷酸化作為一種“分子開關”，通過影響蛋白質的結構、定位和功能，在細胞的信號轉導、轉錄翻譯、代謝和發(fā)育等生命過程中發(fā)揮著重要作用。
蛋白質磷酸化是指在激酶作用下，由三磷酸腺苷（ATP）提供磷酸根和能量將磷酸根共價鍵合到蛋白質殘基的過程，而去磷酸化則是由磷酸酶催化的水解反應。目前約有500種蛋白激酶和少量的磷酸酶調(diào)節(jié)著可逆的磷酸化過程。
圖2：磷酸化修飾類型[1]
表1：磷酸化修飾類型[1]
盡管磷酸化蛋白的數(shù)目相對較多，但磷酸化多肽在總酶切多肽中的占比并不高，據(jù)推測可能不足 5%，大量非磷酸化蛋白的存在會對磷酸化蛋白的鑒定造成一定的挑戰(zhàn)。近年來不斷有各種磷酸化富集方法的報道，使得磷酸化蛋白質和磷酸化位點的鑒定數(shù)目有了大幅度的提高[2]。下面列舉了目前常用的磷酸化肽段富集方法及其特點（圖3，表2），目前最常用的是親和色譜法。
圖3：磷酸化肽段富集方法[2]
表2：磷酸化修飾肽段富集方法[1]
磷酸化修飾對蛋白質的功能性和穩(wěn)定性起著至關重要的作用，它們調(diào)控著蛋白質的活性、定位、相互作用，是細胞信號傳導和生物學過程的關鍵調(diào)節(jié)器。磷酸化蛋白質組學作為一門研究這些修飾的科學手段，可以幫助解決不同領域的生物學問題。
磷酸化蛋白質組對于全面理解復雜的生物學網(wǎng)絡、揭示疾病發(fā)生的分子機制、發(fā)現(xiàn)和驗證疾病標志物、指導個性化醫(yī)療以及推動藥物開發(fā)具有不可替代的重要性。
圖4：磷酸化在癌癥研究中的應用[3]
磷酸化修飾在細胞信號傳遞中起著核心作用，通過分析特定信號分子的磷酸化狀態(tài)，可以深入理解信號通路的調(diào)控機制，為癌癥細胞生物學和不同腫瘤類型的信號提供了機制上的見解。KSEA的發(fā)現(xiàn)實例包括鑒定蛋白激酶A作為腫瘤成纖維細胞中細胞代謝增加的介質；鑒定通過壁內(nèi)皮細胞中β-整聯(lián)蛋白的缺失在癌癥細胞中激活的MAPK-ROCK2途徑；以及發(fā)現(xiàn)MAPKAPK2作為調(diào)節(jié)衰老的MTOR下游激酶等[3]。
腫瘤細胞會分泌胞外蛋白進入循環(huán)系統(tǒng)，磷酸化后會引起信號通路的變化，這些磷酸化的胞外蛋白可能成為診療過程中合適的生物標志物[4]。這些標志物可以用于疾病的早期診斷、預后評估和治療響應監(jiān)測，推動精準醫(yī)學領域的發(fā)展。Gerdes等人開發(fā)了一種機器學習工作流程，該流程根據(jù)磷酸蛋白質組譜對最有效的治療方法進行排名，在一項針對膽管癌細胞系的獨立研究中預測了藥物反應，支持基于機器學習的精準醫(yī)學。很明顯，磷酸蛋白質組將成為指導下一代靶向治療的寶貴信息來源[3]。
蛋白質磷酸化可以在生長素的多個方面發(fā)揮重要作用，包括生物合成、運輸、信號轉導以及與其他信號通路的串擾。研究表明脫落酸與細胞分裂素等激素也是利用蛋白質磷酸化修飾進行信號轉導，在植物生長發(fā)育過程中發(fā)揮著關鍵作用[5]。
非生物（干旱、洪水、溫度等）和生物脅迫（真菌、細菌、病毒等）都會對植物生長發(fā)育構成重大威脅。蛋白質磷酸化作為脅迫響應的分子開關，參與調(diào)節(jié)了植物對環(huán)境變化做出快速反應。
在非生物脅迫情況下，應激激素ABA、信號中樞MAPK、鈣依賴性蛋白激酶CPKs和鹽敏感響應因子SOS均發(fā)揮著重要作用，這些因子相應的信號轉導主要依賴于一系列磷酸化反應。生物脅迫中，植物體內(nèi)觸發(fā)包括快速受體樣細胞質激酶(RLCK)磷酸化、MAPK級聯(lián)激活、活性氧(ROS)爆發(fā)和防御激素的產(chǎn)生等，以上過程都有磷酸化的參與[5]。
青蓮百奧修飾蛋白組學產(chǎn)品線升級，不僅精心打磨了經(jīng)典修飾產(chǎn)品線（如磷酸化、糖基化、泛素化等），同時開拓了一系列新型修飾產(chǎn)品線（如乳酸化、酰化修飾、氧化還原等）?，F(xiàn)憑借先進的高分辨率、高靈敏度質譜技術，積累了豐富的修飾組學研究經(jīng)驗，提供深入的生物信息學分析報告，為科研工作的深入探索和成果的有效轉化提供強有力的支持。
參考文獻
[1] 江波,高博,魏淑嫻,等.蛋白質N-磷酸化修飾富集方法進展[J].色譜,2024,42(07):623-631.
[2] 李佳然,陳秀蘭,楊福全.磷酸化蛋白質組學研究中磷酸化肽段富集與分離方法研究進展[J].生物工程學報,2022,38(10):3648-3658.DOI:10.13345/j.cjb.220599.
[3] Higgins L, Gerdes H, Cutillas PR. Principles of phosphoproteomics and applications in cancer research. Biochem J. 2023;480(6):403-420. doi:10.1042/BCJ20220220
[4] 武維新,嚴佳,譚喜瑩,等.磷酸化蛋白質組學富集策略進展及其在疾病研究中的應用[J].中國藥科大學學報,2016,47(01):19-29.
[5] Zhang WJ, Zhou Y, Zhang Y, Su YH, Xu T. Protein phosphorylation: A molecular switch in plant signaling. Cell Rep. 2023;42(7):112729. doi:10.1016/j.celrep.2023.112729
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