導(dǎo)讀聚焦
● 蛋白質(zhì)-小分子相互作用
小分子代謝物的功能研究是近年來(lái)的熱門(mén)領(lǐng)域。除代謝組學(xué)外，化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)也是常用的工具，利用與靶蛋白質(zhì)發(fā)生特異性相互作用的化學(xué)小分子來(lái)干擾和探測(cè)蛋白質(zhì)組,從而準(zhǔn)確找到小分子作用靶點(diǎn)。本期Nature Chemical Biology的兩篇論文分別通過(guò)靶標(biāo)響應(yīng)可及性變化譜TRAP和熒光探針的方法探究代謝物和蛋白質(zhì)之間的作用。
● 腸道菌群代謝的新作用
前述的基于熒光探針的化學(xué)蛋白質(zhì)組技術(shù)揭示菌群芳香族單胺產(chǎn)物可激活GPRC5A-β-arrestin；Cell Host Microbe的一項(xiàng)研究鑒定了能夠厭氧降解嘌呤的細(xì)菌分類群，通過(guò)定植嘌呤降解細(xì)菌，證實(shí)其可以調(diào)節(jié)宿主嘌呤代謝；無(wú)獨(dú)有偶，Science of the Total Environment一篇文章發(fā)現(xiàn)來(lái)自茶葉的表沒(méi)食子兒茶素?3?沒(méi)食子酸酯（EGCG）可改善微塑料導(dǎo)致腸菌代謝（主要是嘌呤代謝途徑）介導(dǎo)的焦慮。
● TCA相關(guān)代謝酶與腫瘤的新關(guān)聯(lián)
本期PNAS的一項(xiàng)研究通過(guò)代謝流分析證實(shí)蘋(píng)果酸酶2（ME2）在MYC驅(qū)動(dòng)的T細(xì)胞淋巴瘤中的重要作用；Molecular Cancer的一篇論文發(fā)現(xiàn)Zeste homolog 2的增強(qiáng)子（EZH2）通過(guò)轉(zhuǎn)錄上調(diào)異檸檬酸脫氫酶2（IDH2）促進(jìn)代謝重組，可作為一個(gè)直接的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子促進(jìn)IDH2在卵巢癌中的表達(dá)。
目錄
1. Cancer Cell | 甲硫氨酸限制可通過(guò)去甲基化促進(jìn)cGAS活化和染色質(zhì)解離和激活從而增強(qiáng)抗腫瘤免疫
2. Nature Communications | 通過(guò)代謝和結(jié)構(gòu)分析增強(qiáng)藥物脫靶發(fā)現(xiàn)能力
3. Nature Chemical Biology | 癌細(xì)胞糖酵解靶向組的化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)定位
4. Nature Chemical Biology | 化學(xué)蛋白質(zhì)組揭示菌群芳香族單胺激活GPRC5A
5. Science of the Total Environment | EGCG調(diào)節(jié)腸道穩(wěn)態(tài)以改善微塑料誘導(dǎo)的焦慮樣行為
6. Cell Host Microbe | 腸道菌群代謝有助于維持宿主嘌呤穩(wěn)態(tài)
7. PNAS | 蘋(píng)果酸酶2維持的細(xì)胞氧化還原平衡對(duì)MYC驅(qū)動(dòng)的T細(xì)胞淋巴瘤發(fā)生至關(guān)重要
8. Molecular Cancer | EZH2介導(dǎo)的代謝重組促進(jìn)卵巢癌中獨(dú)立于組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶活性的腫瘤生長(zhǎng)
資源領(lǐng)取
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一、Cancer Cell | 甲硫氨酸限制可通過(guò)去甲基化促進(jìn)cGAS活化和染色質(zhì)解離和激活從而增強(qiáng)抗腫瘤免疫
環(huán)GMP-AMP合成酶（Cyclic GMP-AMP synthase, cGAS）是細(xì)胞質(zhì)DNA的主要傳感器，激活I(lǐng)型干擾素信號(hào)，在抗腫瘤免疫中發(fā)揮重要作用。然而，目前尚不清楚cGAS介導(dǎo)的抗腫瘤活性是否受營(yíng)養(yǎng)狀況的影響。本研究通過(guò)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、臨床樣本分析發(fā)現(xiàn)甲硫氨酸飲食限制會(huì)促進(jìn)cGAS激活，并增強(qiáng)放療和免疫檢查點(diǎn)抑制劑的抗腫瘤免疫表型，證實(shí)甲硫氨酸介導(dǎo)甲基化修飾會(huì)招募UHRF1調(diào)節(jié)cGAS染色質(zhì)栓系。
1. 為了探究氨基酸是否調(diào)節(jié)cGAS-STING通路，在全氨基酸缺失的培養(yǎng)基中培養(yǎng)小鼠癌細(xì)胞，通過(guò)免疫印跡分析和定量分析發(fā)現(xiàn)氨基酸剝奪增強(qiáng)了鯡魚(yú)睪丸DNA (HT-DNA)刺激的cGAS-STING通路的激活。隨后發(fā)現(xiàn)甲硫氨酸剝奪以cGAS依賴性方式增強(qiáng)了STING/TBK1磷酸化和Ifnb1表達(dá)。而cGAMP誘導(dǎo)的STING/TBK1激活不受甲硫氨酸剝奪的影響。
2. 為80種賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶 (KMT)生成單獨(dú)的敲除細(xì)胞系，細(xì)胞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)甲基轉(zhuǎn)移酶SUV39H1敲除減少了cGAS甲基化，而甲基化缺失會(huì)減弱cGAS與DNA結(jié)合，抑制其二聚化和相變過(guò)程，降低cGAS活性，增強(qiáng)抗腫瘤免疫。
3. 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明腫瘤細(xì)胞和甲基化缺失、甲基化模擬修飾可抑制cGAS活性，促進(jìn)腫瘤逃逸。Cgas K350R或K350M小鼠的腫瘤生長(zhǎng)速度比野生型小鼠快，同時(shí)腫瘤中的免疫細(xì)胞浸潤(rùn)減少。
4. 通過(guò)蛋白質(zhì)組學(xué)分析108例臨床患者的結(jié)直腸癌組織陣列，發(fā)現(xiàn)高cGAS甲基化與KRAS/NRAS G12/13相關(guān)，但與BRAF V600E基因突變和 P53蛋白表達(dá)無(wú)關(guān)。
參考文獻(xiàn)
Methionine restriction promotes cGAS activation and chromatin untethering through demethylation to enhance antitumor immunity. Cancer Cell. 2023.
二、Nature Communications | 通過(guò)代謝和結(jié)構(gòu)分析增強(qiáng)藥物脫靶發(fā)現(xiàn)能力
闡明細(xì)胞內(nèi)藥物靶標(biāo)是一個(gè)難題，確定藥物靶點(diǎn)的全部范圍對(duì)于了解藥物作用機(jī)制以及利用多價(jià)性解決耐藥性問(wèn)題至關(guān)重要。本研究以多價(jià)二氫葉酸還原酶靶向抗生素化合物CD15-3代謝物為研究對(duì)象，將已建立的機(jī)器學(xué)習(xí)方法與機(jī)制分析相結(jié)合，并開(kāi)發(fā)了一套以代謝組學(xué)為引導(dǎo)的藥物靶標(biāo)查找工作流程。
1. 首先，對(duì)用CD15-3處理后的細(xì)胞進(jìn)行非靶向代謝組學(xué)分析，獲得了參與核苷酸代謝、碳水化合物代謝、輔因子和肽類等的代謝物豐度的差異，并歸納了抗葉酸、細(xì)胞膜、DNA合成、翻譯和氧化應(yīng)激五種潛在機(jī)制。
2. 隨后，訓(xùn)練多類邏輯回歸（LR）模型，以識(shí)別與五種潛在機(jī)制中每一種相關(guān)的代謝組學(xué)擾動(dòng)，結(jié)果表明CD15-3代謝組學(xué)擾動(dòng)具有抗葉酸和通用抗生素反應(yīng)特征。為了進(jìn)一步縮小哪些擾動(dòng)與CD15-3依賴性生長(zhǎng)抑制最直接相關(guān)，選擇使用已鑒定的代謝標(biāo)志物子集進(jìn)行代謝補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)，確定葉酸擾動(dòng)是CD15-3的主要作用方式。
3. 進(jìn)一步對(duì)CD15-3可能的替代結(jié)合靶標(biāo)進(jìn)行蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)相似性分析，發(fā)現(xiàn)葉酸生物合成途徑中的幾種候選上游酶，其結(jié)合口袋與二氫葉酸還原酶（DHFR）高度相似。最后，篩選并驗(yàn)證能夠挽救CD15-3的生長(zhǎng)抑制的酶，發(fā)現(xiàn)過(guò)表達(dá)folK（編碼HPPK）從CD15-3誘導(dǎo)的生長(zhǎng)抑制中拯救細(xì)胞。
參考文獻(xiàn)
Empowering drug off-target discovery with metabolic and structural analysis. Nature Communications. 2023.
三、Nature Chemical Biology | 癌細(xì)胞糖酵解靶向組的化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)定位
過(guò)度活躍的糖酵解是大多數(shù)癌細(xì)胞的代謝特征。盡管有少量研究表明糖酵解代謝物具有作為信號(hào)分子的非代謝功能，但這些代謝物如何與它們的結(jié)合靶點(diǎn)相互作用并在功能上調(diào)節(jié)它們的結(jié)合靶點(diǎn)，目前仍未可知。該研究使用一種新的靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)方法—靶標(biāo)響應(yīng)可及性變化譜（Target-Responsive Accessibility Profiling，TRAP）技術(shù)確定了癌細(xì)胞中糖酵解代謝物的全面靶標(biāo)組，揭示了糖酵解代謝物的多種調(diào)控模式，包括與代謝酶結(jié)合、影響轉(zhuǎn)錄輸出和調(diào)控翻譯后修飾水平，從而闡明了糖酵解代謝物如何作為信號(hào)分子發(fā)揮作用。
1. 首先建立TRAP技術(shù)，通過(guò)標(biāo)記全蛋白組水平賴氨酸來(lái)表征蛋白的溶劑可及性，再通過(guò)比較配體結(jié)合前后蛋白位點(diǎn)可及性的變化，鑒定靶標(biāo)及配體結(jié)合區(qū)域；具有互補(bǔ)于現(xiàn)有靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)方法的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
2. 利用TRAP技術(shù)，在模型癌細(xì)胞系中共定性鑒定了160,459個(gè)肽段，對(duì)應(yīng)6,926個(gè)蛋白質(zhì)，其中定量鑒定了159,823個(gè)肽段，對(duì)應(yīng)6,913個(gè)蛋白質(zhì)。并描繪了10種糖酵解代謝物的靶標(biāo)組，以及2,487個(gè)相互作用，共發(fā)現(xiàn)913個(gè)候選靶標(biāo)。
3. 進(jìn)一步的機(jī)制研究揭示了糖酵解代謝物對(duì)靶標(biāo)組的豐富調(diào)控模式，包含干擾碳代謝酶的活性、影響轉(zhuǎn)錄蛋白的功能及靶標(biāo)的翻譯后修飾水平等。
4. 確證了癌細(xì)胞中糖酵解代謝物除了參與代謝層面的活動(dòng)以外，還作為信號(hào)分子發(fā)揮全局調(diào)控功能，為后續(xù)基于糖酵解代謝物的靶標(biāo)組挖掘癌癥治療靶點(diǎn)提供了重要的線索與數(shù)據(jù)資源。
參考文獻(xiàn)
Chemoproteomic mapping of the glycolytic targetome in cancer cells. Nature Chemical Biology. 2023.
四、Nature Chemical Biology | 化學(xué)蛋白質(zhì)組揭示菌群芳香族單胺激活GPRC5A
菌群產(chǎn)生多種代謝物，如吲哚-3-乙酸 (IAA) 和色胺 (TA)，具有調(diào)節(jié)宿主的腸屏障功能、抑制抗腫瘤免疫、促進(jìn)腸道蠕動(dòng)等作用。盡管菌群代謝物已被證明與各種細(xì)胞蛋白結(jié)合，但界定菌群代謝物的蛋白靶標(biāo)并確定其作用機(jī)制仍是難題。本研究開(kāi)發(fā)了 IAA 和 TA 的光親和報(bào)告基因用于化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)分析，并發(fā)現(xiàn)菌群芳香族單胺產(chǎn)物可刺激 GPRC5A-β-arrestin 募集。
1. 研究團(tuán)隊(duì)在HEK293T細(xì)胞中使用異生素反應(yīng)元件 (XRE) 驅(qū)動(dòng)的熒光素酶報(bào)告基因，發(fā)現(xiàn)探針x-alk-IAA（劑量依賴）能光交聯(lián) HA 標(biāo)記的 AhR，并受紫外線的顯著影響。光交聯(lián)中存在一些此前未報(bào)道的孤立或推定的 G蛋白偶聯(lián)受體GPCR 的小分子配體（GPRC5A、GPR107 和 GPR108）。
2. PRESTO-Tango測(cè)試發(fā)現(xiàn)TA 最有效地激活 GPRC5A；與 x-alk-IAA 相比，x-alk-TA更有效地光交聯(lián) GPRC5A；凝膠內(nèi)熒光分析和化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)分析顯示，x-alk-TA 組觀察到的蛋白約為x-alk-IAA 的4倍。苯乙胺 (PEA)表現(xiàn)出與 TA 相當(dāng)?shù)幕钚裕野泛徒M胺對(duì) GPRC5A 基本無(wú)活性，表明只有芳香族單胺可有效誘導(dǎo) β-arrestin 募集。
3. 團(tuán)隊(duì)通過(guò)篩選菌群，結(jié)合靶向液相色譜-質(zhì)譜 (LC-MS)后發(fā)現(xiàn)，只有產(chǎn)生高水平的芳香族單胺激動(dòng)劑或PEA，同時(shí)表達(dá)aAAs脫羧酶的菌群才能激活GPRC5A；體內(nèi)外酶活實(shí)驗(yàn)結(jié)合高通量PRESTO-Tango篩選，團(tuán)隊(duì)確定了三種酶將 Phe 脫羧為 PEA 以激活 GPRC5A。
4. 化合物芳香部分和烷基胺部分對(duì)GPRC5A的激活是必要的。7-氟色胺的有效性約是TA的五倍，多種 PEA 衍生物可激活 GPRC5A。突變實(shí)驗(yàn)表明，GPRC5A 的N252 和F256位氨基酸對(duì)激活至關(guān)重要。
參考文獻(xiàn)
Chemoproteomics reveals microbiota-derived aromatic monoamine agonists for GPRC5A. Nature Chemical Biology. 2023.
五、Science of the Total Environment | EGCG調(diào)節(jié)腸道穩(wěn)態(tài)以改善微塑料誘導(dǎo)的焦慮樣行為
聚苯乙烯微塑料(PS?MPs)是現(xiàn)代社會(huì)無(wú)處不在的污染物。PS?MPs匯集在食物鏈頂端動(dòng)物（人類）體內(nèi)并對(duì)器官產(chǎn)生多種毒性，包括腸道、肝臟和大腦等。然而，PS?MPs對(duì)哺乳動(dòng)物的焦慮樣行為和潛在機(jī)制仍不清楚。本研究發(fā)現(xiàn)小鼠暴露于PS?MPs會(huì)引發(fā)海馬體和焦慮樣行為；表沒(méi)食子兒茶素?3?沒(méi)食子酸酯（EGCG）通過(guò)重塑腸道菌群和血清代謝物，有效改善相關(guān)癥狀。
1. 團(tuán)隊(duì)在表型研究中發(fā)現(xiàn)，PS?MPs誘導(dǎo)小?產(chǎn)生焦慮樣行為；組織染色和定量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)TLR4/Myd88/NF?κB通路被激活導(dǎo)致海馬神經(jīng)炎癥。同時(shí)，PS?MPs 擾亂了腸道菌群（16S），破壞了腸道屏障，增加了外周炎癥；此外，非靶向代謝組學(xué)（LC-MS）發(fā)現(xiàn)，血清代謝物也被改變。消除腸道菌群后，可改善焦慮樣行為和相關(guān)癥狀。
2. 服用EGCG可以優(yōu)化PS?MPs導(dǎo)致的菌群多樣性改變，有害菌減少、有益菌增加；組織學(xué)和蛋白定量表明其增強(qiáng)了腸道屏障功能，改善了 PS?MPs 介導(dǎo)的腸道穩(wěn)態(tài)損傷和外周炎癥升高。
3. 血清非靶向代謝組研究發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充EGCG后表現(xiàn)為嘌呤代謝途徑被主要改善。行為學(xué)上，EGCG改善了暴露于 PS?MPs 引起的焦慮樣行為。組織學(xué)上，海馬炎癥被顯著抑制。相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)益生菌Faecalibaculum和 Akkermansia與外周炎癥標(biāo)志物（LPS、IL?1β、 IL?6 和 TNF?α）顯著負(fù)相關(guān)。
參考文獻(xiàn)
Epigallocatechin-3-gallate ameliorates polystyrene microplastics-induced anxiety-like behavior in mice by modulating gut microbe homeostasis. Science of the Total Environment. 2023.
六、Cell Host Microbe | 腸道菌群代謝有助于維持宿主嘌呤穩(wěn)態(tài)
飲食對(duì)疾病進(jìn)展的貢獻(xiàn)通常是由腸道微生物組介導(dǎo)，而腸道微生物組可對(duì)新陳代謝和炎癥性疾病產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，但影響宿主炎癥性疾病進(jìn)展的微生物和微生物途徑在很大程度上仍未確定。本研究發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈粥樣硬化負(fù)荷的變化部分是由腸道微生物群驅(qū)動(dòng)的，并且與小鼠和人類的循環(huán)尿酸(UA)水平有關(guān)。
1. 將來(lái)自具有不同動(dòng)脈粥樣硬化表型的小鼠品系的微生物群落移植到無(wú)菌（GF）載脂蛋白E敲除（ApoE KO）小鼠中，發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈粥樣硬化負(fù)荷的變化部分是由腸道微生物群驅(qū)動(dòng)的，并且與小鼠和人類嘌呤代謝的終產(chǎn)物-尿酸（UA）水平有關(guān)。
2. 在分別補(bǔ)充UA作為碳和能量的主要來(lái)源的培養(yǎng)基上使用糞便漿液進(jìn)行厭氧富集，發(fā)現(xiàn)人類腸道細(xì)菌可厭氧降解嘌呤。進(jìn)一步鑒定了能夠厭氧降解嘌呤的細(xì)菌分類群，隨后用嘌呤降解細(xì)菌定殖的克隆生物小鼠，發(fā)現(xiàn)其可以調(diào)節(jié)腸道和全身UA和其他嘌呤的水平。
3. 運(yùn)用轉(zhuǎn)錄組分析鑒定了多種嘌呤厭氧生長(zhǎng)所需的細(xì)菌基因，并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)編碼厭氧嘌呤降解所需關(guān)鍵成分的細(xì)菌基因簇允許多種嘌呤的厭氧生長(zhǎng)，且嘌呤降解所需的基因在腸道細(xì)菌中廣泛存在。
4. 將含有這些基因的細(xì)菌類群與ApoE無(wú)菌小鼠盲腸中定量的嘌呤相關(guān)代謝物水平相關(guān)聯(lián)，結(jié)果顯示幾種嘌呤相關(guān)代謝物的盲腸水平與參與厭氧嘌呤降解的基因豐度呈負(fù)相關(guān)，突出了這些基因作為嘌呤在腸道中分解的生物標(biāo)志物的潛力。
參考文獻(xiàn)
Gut bacterial metabolism contributes to host global purine homeostasis. Cell Host Microbe. 2023.
七、PNAS | 蘋(píng)果酸酶2維持的細(xì)胞氧化還原平衡對(duì)MYC驅(qū)動(dòng)的T細(xì)胞淋巴瘤發(fā)生至關(guān)重要
T細(xì)胞淋巴瘤（TCLs）是一組罕見(jiàn)的、高異質(zhì)性的腫瘤。已發(fā)現(xiàn)原癌基因MYC在驅(qū)動(dòng)T細(xì)胞淋巴瘤發(fā)生中具有重要作用，但目前仍不清楚MYC是如何發(fā)揮作用促進(jìn)T細(xì)胞淋巴瘤發(fā)生的。蘋(píng)果酸酶是依賴NADP+（NAD+）將蘋(píng)果酸氧化成丙酮酸同時(shí)產(chǎn)生NADPH（NADH）的代謝酶，連接了細(xì)胞的谷氨酰胺代謝和葡萄糖代謝。本研究揭示了蘋(píng)果酸酶2（ME2）在MYC驅(qū)動(dòng)的TCL中的重要作用，為臨床上TCL的治療提供新的策略。