锋芒初露---蛋白质组学揭示植物O-GlcNAc修饰全谱
景杰编者按：遗传学研究表明O-GlcNAc修饰在植物生长发育过程中发挥重要的作用，但是对发生修饰的蛋白和位点却知之甚少，使得该修饰功能的研究受阻。近期，著名学术期刊PNAS发表斯坦福大学王志勇实验室关于植物O-GlcNAc修饰的文章，他们利用基于质谱的蛋白质组学技术，在拟南芥中鉴定到971个O-GlcNAc修饰的肽段，分属于262个蛋白中。这些发生糖基化修饰的蛋白参与转录、翻译、表观基因调控和信号转导等过程，其中包括植物激素信号途径和花发育。同时鉴定了磷酸化修饰位点，分析了磷酸化和糖基化修饰的关系。景杰生物作为全球蛋白质及翻译后修饰的领跑者，可以为您提供一整套常规蛋白质组学及修饰组学研究的解决方案，同时还能为您提供高灵敏度的修饰类泛抗体，助力您的研究工作。
关键词：O-GlcNAcylation, Proteomics, Arabidopsis, Phosphorylation
研究思路和成果：
动物体内的O-GlcNAc修饰调节多种发育和代谢过程，蛋白质O-GlcNAc修饰水平的改变与神经退行性疾病、II型糖尿病、心血管疾病和癌症息息相关。遗传学研究表明O-GlcNAc修饰在植物中的重要性与在动物中不分上下，但由于对蛋白质O-GlcNAc修饰位点的鉴定缺乏行之有效的方法，O-GlcNAc修饰功能的解读并无突破。凝集素弱亲和层析技术和高精度质谱技术的发展，为实现这一突破提供了可能。
本文利用凝集素弱亲和色谱（LWAC）富集的方法, 结合高精度质谱分析方法鉴定了拟南芥花序组织的O-GlcNAc修饰位点，同时利用固相金属亲和色谱（IMAC）的富集方法鉴定了相同植物组织的磷酸化位点（图1）。结果在262个蛋白上鉴定到了971个O-GlcNAc修饰位点， 其中至少有533个发生了O-GlcNAc修饰，365个位点的可信度大于95%。同时鉴定到了8041个磷酸化的蛋白，34114个磷酸化的位点，26099个位点可信度大于95%。O-GlcNAc修饰的蛋白中，有87% 的发生了磷酸化，O-GlcNAc修饰的肽段中，35%的位点有同时发生磷酸化的可能性。
图1. 拟南芥花序组织中糖基化和磷酸化位点分析
为了研究糖基化修饰蛋白的功能，研究人员对质谱结果进行了生物信息学的分析。Motif分析显示O-GlcNAc修饰位点N端的-2和-3处具有脯氨酸偏向性，C端具有丝氨酸偏向性（图2A），说明在植物和动物中OGTs具有相同的偏好性。GO分析显示发生O-GlcNAc修饰的蛋白大部分聚集在细胞核和细胞质中，且具有结合DNA和RNA的功能（图2B），参与转录、翻译和染色质重塑（图3）等过程，研究结果也与动物中的结果相似。
图2. 鉴定到的O-GlcNAc修饰蛋白和多肽的Motif（A）和GO分析（B）
有趣的是，一些高度保守的蛋白在拟南芥和动物中都发生了O-GlcNAc修饰，行使相似的功能。如：拟南芥中发生O-GlcNAc修饰的转录阻遏物TPL和其在人类中的同系物TLE， O-GlcNAc修饰在它们分别介导的转录抑制过程中发挥着重要的功能（图3）。O-GlcNAc修饰的蛋白中，有些蛋白参与mRNA的加工和翻译，如SUS2, ACINUS参与mRNA的剪接，DCP5-L参与mRNA的脱帽，ECT/YTH参与mRNA的降解等（图3）。有些蛋白染色质修饰物，如组蛋白乙酰转移酶HAC1,-5,-12和组蛋白脱乙酰化酶复合物HDC1。表明O-GlcNAc修饰在转录、翻译和染色质重塑过程中发挥着重要作用。
图3. O-GlcNAc修饰的蛋白参与转录、翻译和染色质重组
动物和植物激素的信号传导机制存在较大的差异。拟南芥中，乙烯信号通路中的两个重要的信号转导蛋白EIN2和EIN5，植物生长素应答蛋白ARF4/6/7/8/19，细胞分裂素应答相关的转录因子TCP14等均发生了O-GlcNAc修饰，暗示了O-GlcNAc修饰在调节激素反应中的重要功能。
总结： 本文通过凝集素弱亲和色谱（LWAC）富集的方法结合高精度质谱分析首次鉴定了拟南芥花序组织的O-GlcNAc修饰位点，研究了发生修饰蛋白的功能，揭示了O-GlcNAc修饰在植物细胞和发育过程中关键的调节作用。该突破性的进展为人类进一步研究植物的O-GlcNAc修饰和植物生物学提供了新方法。
参考文献：
Xu Shou Ling, et al. Proteomic analysis reveals O-GlcNAc modification on proteins with key regulatory functions in Arabidopsis. PNAS. 2017
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