使用蛋白质组学检测精氨酸甲基化：SDMA 与 ADMA

蛋白质甲基化是真核生物中普遍存在且关键的翻译后修饰 (PTM)，主要发生在赖氨酸残基和精氨酸残基上。尽管蛋白质和 DNA/RNA 甲基化都显著影响细胞表观遗传学，但不要将其与 DNA 和 RNA 甲基化混淆。 

人们已经知道精氨酸甲基化参与了调节基因转录、RNA 代谢、DNA 损伤修复和信号转导。甲基化精氨酸可形成三种同工型也已成为共识，它常见于在胞核区室与胞质区室之间穿梭的胞核与胞质蛋白中以及组蛋白尾部的位点上。¹ 由于其在各种细胞过程中发挥着至关重要的作用，因此癌细胞特别容易受到针对抑制精氨酸甲基化的干预措施的影响也就不足为奇了。 

那么，蛋白质组学如何用于检测蛋白质甲基化，以及重要的是，它如何帮助区分甲基化精氨酸的不同同工型？

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检测蛋白质甲基化的检测方法

PTMScan^® Methylome Proteomics 是我在 CST 的同事开发的一项突破性新技术，它利用获得专利的 PTMScan 检测技术，使科学家能够富集甲基化肽（图 1），以进行后续的液相色谱-质谱 (LC-MS) 剖析。² 

基于 PTMScan 甲基化的试剂盒专门富集以下甲基化精氨酸残基和甲基化赖氨酸残基：

• 甲基精氨酸、不对称二甲基精氨酸 (ADMA) 和对称二甲基精氨酸 (SDMA)
• 甲基赖氨酸、二甲基赖氨酸和三甲基赖氨酸，也统称为泛甲基赖氨酸。 

图 1.用于 PTMScan 甲基化蛋白质组学检测试剂盒的甲基化精氨酸和甲基化赖氨酸特异性抗体。

当 PTMScan Methylome Proteomics 于 2014 年首次亮相时，我们利用该技术在人类和小鼠细胞系中鉴定到超过 1,000 个精氨酸甲基化位点和数百个赖氨酸甲基化位点。

这项研究由 Guo 等人发表在《分子与细胞蛋白质组学》杂志的论文《蛋白质甲基化的免疫亲和富集和质谱分析》上，不仅确认了许多先前鉴定的蛋白质甲基化形式，而且使先前鉴定的蛋白质甲基化位点的总数增加了一倍以上。² 

有趣的是，在已知的甲基转移酶（如 EZH1、EZH2 和 SETDB1）上发现其中一些位点，这些位点可能自行甲基化。这个结果表明某些甲基化酶的活性可以通过反馈环路机制受到调节；这个发现可能有广泛的表观遗传意义。³

区分对称 (SDMA) 和非对称二甲基精氨酸 (ADMA)

我们的二甲基精氨酸抗体具有明确优势，即能够区分甲基化精氨酸的对称形式 (SDMA) 和不对称形式 (ADMA)，这两种形式在质量上相同并且因此难以使用传统质谱技术区分。

为何区分 SDMA 和 ADMA 如此重要？这种区分能力可能有助于癌症研究。 

多个实验室采用 PTMScan Methylome Proteomics 进行研究，已鉴定 RNA 剪接因子作为蛋白质精氨酸甲基转移酶 (PRMT) 的关键靶标。^4,5,6 PRMT 是九个成员的蛋白质家族，这些蛋白质向精氨酸残基添加甲基，以产生单甲基化精氨酸和双甲基化精氨酸，包括对称和不对称二甲基化精氨酸（图 2）。PRMT 在多种类型的癌症中经常过表达，而 PRMT5 是负责形成 SDMA 的主要精氨酸甲基转移酶。^1,4,5

图 2. PRMT 能催化精氨酸上甲基的添加。

一些被 PRMT5 对称二甲基化的蛋白质是 RNA 剪切体的成员，而已证明对 PRMT5 的抑制导致参与肿瘤发生的关键蛋白质丢失。⁷ 癌细胞往往具有水平升高的 PRMT5，因此，由于 PRMT5 活性与 SDMA 水平相关，检测对称形式的甲基化精氨酸的能力在癌症研究中至关重要。

除了上述的精氨酸甲基化试剂盒外，PTMScan^® Pan-Methyl Lysine Kit #14809 和 PTMScan^® HS Pan-Methyl Lysine Kit #28411 还为所有三种形式的赖氨酸甲基化提供均衡的富集：单甲基赖氨酸、二甲基赖氨酸和三甲基赖氨酸。相比之下，PTMScan^® Mono-Methyl Lysine Motif Kit #16892 专门针对单甲基赖氨酸形式提供了改进的富集。虽然甲基化赖氨酸位点的丰度明显低于精氨酸甲基化，但赖氨酸甲基化失调与神经和发育障碍以及癌症有关。

PTMScan 对蛋白质组学研究的贡献 

全球实验室采用 PTMScan Methylome 技术的研究已经揭示了赖氨酸与精氨酸甲基化蛋白的新位点，这有助于阐明各种细胞类型中肿瘤发生的机制。^5,8

要探索文献中已鉴定的赖氨酸与精氨酸甲基化位点，请访问我们的免费在线 PTM 数据库 PhosphoSitePlus，该数据库由 CST 支持。

重要的是，PTMScan Methylome 技术与定量 LC-MS/MS 相结合，可以在一系列实验中为研究人员提供数百到数千个位点的甲基化位点和变化幅度。

PTMScan Methylome 抗体一直是科学家的重要工具，有助于揭示细胞系和组织中发生的蛋白质甲基化变化，尤其是黑色素瘤、淋巴瘤和胰腺癌中的蛋白质甲基化变化。

用于甲基化蛋白质组学的 PTMScan 抗体

*上面列出的试验试剂盒提供足够进行三次富集的免疫亲和珠及 IAP 缓冲液，而完整试剂盒提供足够进行十次富集的免疫亲和珠及 IAP 缓冲液。

上述产品列表包括 PTMScan HS 试剂盒，其中 HS 表示抗体与磁珠偶联。这简化了实验台工作流程，而且重要地，这些试剂盒需要更少样品，而且适合自动化。

选择参考文献：    

1. Bedford MT, Richard S. Arginine methylation an emerging regulator of protein function. Mol Cell. 2005;18(3):263-272. doi:10.1016/j.molcel.2005.04.003
2. Guo A, Gu H, Zhou J 等人Immunoaffinity enrichment and mass spectrometry analysis of protein methylation. Mol Cell Proteomics. 2014;13(1):372-387. doi:10.1074/mcp.O113.027870
3. Lee CH, Yu JR, Granat J 等人Automethylation of PRC2 promotes H3K27 methylation and is impaired in H3K27M pediatric glioma. Genes Dev. 2019;33(19-20):1428-1440. doi:10.1101/gad.328773.119
4. AbuHammad S, Cullinane C, Martin C 等人Regulation of PRMT5-MDM4 axis is critical in the response to CDK4/6 inhibitors in melanoma [published correction appears in Proc Natl Acad Sci U S A. 2020 Apr 28;117(17):9644-9645]. Proc Natl Acad Sci U S A. 2019;116(36):17990-18000. doi:10.1073/pnas.1901323116
5. Musiani D, Bok J, Massignani E 等人Proteomics profiling of arginine methylation defines PRMT5 substrate specificity. Sci Signal. 2019;12(575):eaat8388. Published 2019 Apr 2. doi:10.1126/scisignal.aat8388
6. Radzisheuskaya A, Shliaha PV, Grinev V 等人 PRMT5 methylome profiling uncovers a direct link to splicing regulation in acute myeloid leukemia. Nat Struct Mol Biol. 2019;26(11):999-1012. doi:10.1038/s41594-019-0313-z
7. Li, Wj., He, Yh., Yang, Jj. 等人Profiling PRMT methylome reveals roles of hnRNPA1 arginine methylation in RNA splicing and cell growth. Nat Commun 12, 1946 (2021).
8. Hartel NG, Chew B, Qin J, Xu J, Graham NA. Deep Protein Methylation Profiling by Combined Chemical and Immunoaffinity Approaches Reveals Novel PRMT1 Targets. Mol Cell Proteomics. 2019;18(11):2149-2164. doi:10.1074/mcp.RA119.001625

科学营销作家兼 CST 博客管理员 Alexandra Foley 对本文的撰写做出了贡献。23-BPA-72850