近日，我所生物技術研究部生物分離分析新材料與新技術研究組（1809組）葉明亮研究員、王科云副研究員團隊與遼寧師范大學化學與生物學交叉研究中心李國輝教授團隊合作，開發了一種基于pH調控的化學新方法，實現了對精氨酸二甲基化異構體的高效區分與功能解析。
精氨酸二甲基化是蛋白質功能調控中一項重要的翻譯后修飾，廣泛參與基因轉錄、RNA剪接、DNA損傷應答等關鍵生物學過程。該修飾包括兩種異構體——不對稱型二甲基化（aDMA）和對稱型二甲基化（sDMA）。盡管二者具有相同的化學式，卻表現出不同甚至相反的生物學效應。因此，在開展深入生物學研究前，準確確定它們的具體結構至關重要。目前，常用的特異性抗體富集和中性丟失質譜法在應用中存在局限：前者實驗成本高、特異性不足；后者受限于MS/MS譜圖中信息化碎片離子產生的隨機性。因此，精氨酸二甲基化分析方法在異構體區分方面仍然面臨挑戰，阻礙了精氨酸二甲基化的功能研究。
為了克服上述問題，本研究開發的化學方法利用與甲基乙二醛（MGO）的pH調節反應特性來區分二甲基化異構體。研究發現，不同形式的精氨酸甲基化與MGO的反應隨pH呈現顯著差異：sDMA與MGO反應活性隨pH升高顯著增強；而aDMA則無明顯變化。基于該發現，團隊將MGO化學反應與硼親和色譜技術相結合，建立了一種可同步實現精氨酸二甲基化富集與異構體區分的分析方法。該方法利用精氨酸胍基基團與MGO在不同pH下反應形成順式二醇結構，通過硼親和色譜進行富集，實現aDMA與sDMA的精準鑒別。應用該方法，團隊確認了SNRPN蛋白R112位點為sDMA修飾，并分別在in vivo和in vitro層次證明其由PRMT5特異性催化。進一步研究發現，該位點的sDMA修飾不僅能顯著增強SNRPN蛋白的熱穩定性，還直接調控其與SNRPB、SNRPC等多個剪接體核心蛋白的相互作用，進而影響剪接體的組裝。這表明sDMA在維持蛋白結構和調控大分子復合物組裝中扮演著關鍵角色。本研究通過將MGO反應的pH敏感性轉化為分析工具，建立了精氨酸二甲基化異構體功能蛋白質組學解析的化學平臺，為蛋白質甲基化的進一步調控機理研究提供了新路徑。
葉明亮團隊長期致力于配體靶蛋白質鑒定和蛋白質翻譯后修飾新方法的研究，在蛋白質甲基化分析新方法方面取得了一系列進展：發展了精氨酸二甲基化肽段的化學富集方法，揭示了精氨酸二甲基化對蛋白質液-液相分離具有重要的調控作用（PNAS，2022）；在此基礎上利用甲基化不易被酶切的特點，建立了能實現精氨酸甲基化三種形式同時富集分析的酶化學富集新方法，提高了精氨酸甲基化的鑒定覆蓋度（Anal. Chem.，2024）；此外，建立了能同時鑒定8種氨基酸甲基化的代謝標記方法，確定了CARNMT1為C3H1鋅指蛋白的甲基轉移酶，并且發現U2AF1上的組氨酸甲基化修飾會顯著影響pre-mRNA的可變剪接（Nat. Commun.，2024）。
相關成果以“Decoding Arginine Dimethylation Isomers via pH-Tuned Reactivity with Methylglyoxal: A Chemical Approach for Functional Proteomics”為題，于近日發表在《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）上。上述工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、我所創新基金等項目的支持。（文/圖 王佳怡）
