大家好，本周推荐一篇发表在Nature communications上的文章：Proteome-wide solubility and thermal stability profiling reveals distinct regulatory roles for ATP，通讯作者是来自欧洲EMBL的Mikhail M. Savitski教授和葛兰素史克公司Marcus Bantscheff。
三磷酸核苷酸（NTPs）在细胞的生化过程中起着非常重要的作用，细胞中最丰富的NTP是三磷酸腺苷（ATP），因其作为细胞能量来源，调节蛋白质磷酸化以及影响大分子组装而受到充分研究。近些年来，研究发现ATP也是一种生物助水溶剂（能增加某些微溶于水的有机化合物的溶解度）。
本篇文章作者使用质谱法在蛋白质组层面对ATP介导的蛋白质热稳定性和蛋白质溶解度的调节进行全局性的研究。为了使体系更加接近天然的细胞环境，作者使用机械破坏细胞从而得到包含不溶性蛋白质，蛋白质缩合物和嵌入脂质中的膜蛋白得到粗裂解物，进一步通过设置一系列ATP浓度以及温度处理细胞，利用热转变方法与多重定量质谱相结合，从而得到在蛋白质组层面上的ATP相关2维热蛋白质图谱（2D-TPP）。同时作者也做了GTP相关2维热蛋白质图谱，发现ATP和GTP引起的热稳定性中存在crosstalk，比如两者都可以稳定一些激酶和含有p-loop的蛋白质。
进一步作者发现，超过一半的受ATP影响的蛋白质在UniProt中并没有注释为ATP或GTP结合物。作者猜测是因为ATP结合复合物亚基的热稳定可以传播至近端非ATP结合亚基。并挑选了蛋白酶体作为例子进行阐释，19s中复合体中结合ATP的PSMC亚基和非ATP结合PSMD亚基都可以被ATP稳定。而没有ATP结合亚基的20S核心颗粒的热稳定性没有改变，所以ATP诱导的稳定化仅传到物理上接近的亚基上，进一步作者也在复合物的全局分析进行证明。
作者又使用2-脱氧葡萄糖和抗霉素A处理细胞，从而对糖酵解和氧化磷酸化的过程进行抑制，降低细胞中的ATP水平（约10%），对蛋白质组的热稳定性进行分析。发现△Tm变化最大的是ATP结合并稳定的蛋白质，结合ATP的蛋白复合物的△Tm比不结合的蛋白复合物小，蛋白酶体的19s比与20s △Tm有明显下降。
进一步作者在2D-TPP实验中发现有些蛋白质在高ATP和GTP浓度时，即使加热到42度时，蛋白质的丰度也有明显变高。由于近段时间发现ATP也是一种生物助水溶剂，所以作者发展了溶解性蛋白质组分析技术（SPP）对ATP在蛋白质组溶解性中扮演的角色进行系统地评估。作者将细胞裂解液分成十份，其中九份中加入温和的变性剂NP40用于溶解膜蛋白和细胞器连接蛋白，并加入不同浓度梯度的Mg-ATP，第十份中加入强变性剂SDS。当SDS/NP40的值很大时，说明这个蛋白具有高的非可溶部分。作者利用这个技术鉴定到了188个ATP依赖溶解的，被确定为不溶的蛋白质，占所有不溶蛋白质组的25%，这些蛋白质大部分被注释为无膜细胞器的组成部分。作者也做了使用2-脱氧葡萄糖和抗霉素A处理细胞，降低细胞中的ATP水平，对蛋白质组的溶解性性进行分析，发现在加入ATP溶解度非常敏感的蛋白质稳定性下降最快。
综上，作者的TPP和SPP实验共同揭示了蛋白质组中ATP的浓度依赖性的稳定性和溶解性作用。在低浓度（低于500μM）下，ATP主要稳定ATP结合蛋白，例如作为核苷酸结合蛋白的底物，在中等浓度（1-2mM之间）下，ATP发挥着对蛋白质复合物稳定性的重要作用，在较高浓度（大于2mM）下，ATP具有增溶作用，主要是结合核酸的带正电荷的无序蛋白质。
作者：YF
联系客服
