半胱氨酸的氧化还原修饰作为蛋白质翻译后修饰中重要一part ，当然不可忽视啦。近日，Nature Communication杂志收录了国家蛋白质科学中心杨靖团队与哈佛大学医学院T.Keith Blackwell 团队合作的名为“Global profiling of distinct cysteine redox forms reveals wide-ranging redox regulation in C.elegans”的研究论文。
 

本文中半胱氨酸修饰分析技术

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 该论文借助模式生物秀丽隐杆线虫为载体，探究半胱氨酸的多种氧化还原形式，揭示了半胱氨酸氧化还原可调节线虫体内多种生物过程和途径，发现p38 MAPK通路上下游蛋白质都可介导Cys依赖的抗氧化相应和天然免疫调节。

 

秀丽隐杆线虫中半胱氨酸定位

 作者应用蛋白质巯基反应性定量技术对野生型L4期线虫进行研究。用高剂量（100uM）和低剂量（10uM）的 IPM探针进行处理，共检测到5258个半胱氨酸位点的反应性，大大地扩展了半胱氨酸蛋白质组的覆盖范围。分析表明，同一蛋白质中半胱氨酸的反应性可能存在显著差异，半胱氨酸的反应活性可以作为预测其功能的有效指标。

图1 半胱氨酸定位

 

对线虫中氧化剂敏感的半胱氨酸氧化还原形式的全蛋白质组分析 作者运用基于“点击化学”探针的氧化还原蛋白质组学方法，精确定量了复杂蛋白质组中主要的半胱氨酸氧化还原形式。

作者对野生型线虫进行了5mM H2O2处理5min，运用不同的探针对其进行标记。结果显示2864个蛋白质上定位到5453个Cys-SH位点，在1049个蛋白质上定位到1521个Cys-SOH位点，在72个蛋白质上定位到82个Cys-SO2H位点。并且发现超过1500个蛋白质Cys位点在外源性低浓度H2O2处理后发生了显著变化。

图2 线虫氧化敏感性半胱氨酸的蛋白组学分析

 

半胱氨酸氧化还原修饰调控多种生物过程和途径 作者发现氧化还原修饰的蛋白质定位于不同的组织和器官中，对其进行了GO和KEGG分析。生物信息学分析发现这些氧化敏感性蛋白参与众多生物途径。重点研究了SEK-1和PMK-1是否在p38 MAPK介导的应激反应和病原体抗性中发挥氧化还原调节作用（图3）。作者利用Cas9/CRISPR基因编辑技术构建了点突变线虫模型，发现PMK-1的C173和SEK-1的C213均参与氧化应激介导的p38MAPK通路激活，这个对线虫抵御病原体至关重要（图4）。

 

 

图4 氧化敏感性半胱氨酸对p38通路激活的重要影响

 

 

细胞氧化还原状态和半胱氨酸修饰在生物体衰老过程中是很常见的，在生理和病理条件下，半胱氨酸氧化还原谱和氧化还原状态的驱动蛋白也可能成为潜在的biomaker。作者对半胱氨酸内在反应性的定量、以位点为中心的图谱和过氧化物敏感半胱氨酸氧化还原形式的数据集极大地扩展了线虫半胱氨酸氧化的范围和生物学作用，并为破译模式生物中复杂的氧化还原信号网络提供了分子基础。

 

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不同半胱氨酸氧化还原形式的整体分析揭示线虫中广泛的氧化还原调节

期刊名称：Nature Communication

IF:12.121

样本选择：秀丽隐杆线虫

技术策略：qRT-PCR，定量蛋白质组学