合肥工业大学李宜明课题组使用基于酰肼的四片段连接策略首次合成了diSUMO光交联探针，该探针有着显著不同于mono-SUMO光交联探针捕获结合蛋白的能力。组学研究发现了包括RPS3一系列新的多聚SUMO链的结合蛋白，这些蛋白有望成为潜在的抗癌药物靶标。
小类泛素修饰剂（small ubiquitin-like modifier，SUMO）是一种可以通过异肽键修饰其它蛋白质的小分子多肽，是在动物中发现的类似于泛素的蛋白质修饰方式，从酵母到人等各种真核细胞都发现其修饰的底物蛋白。小泛素样修饰（SUMOylation）作为类泛素修饰的一种，可调控多种细胞过程，例如核转运、稳定蛋白质和修复损伤DNA等。SUMO具有三种亚型：SUMO-1，-2和-3，通常这些中只有一个在单个位置上附着于底物蛋白（monoSUMOylation）。最近研究发现，SUMO-2和-3可以形成Lys11类型的多聚SUMO链，通过与特定的蛋白发生相互作用，发挥截然不同于单SUMOylation的生理调控功能。例如，多聚SUMO修饰的早幼粒细胞白血病蛋白（PML）会被泛素连接酶RNF4识别并随后被蛋白酶降解，该过程对于用砷治疗急性早幼粒细胞白血病至关重要。 新的多聚SUMO链特异性相互作用蛋白的发现有望加深我们对多聚SUMOylation过程的调控机制的理解。然而，由于SUMO链与效应蛋白的结合能力较弱，传统使用天然蛋白质探针进行pull-down的方法并不适用。针对此，合肥工业大学李宜明课题组发展了首例diSUMO光亲和探针，并将该探针与蛋白质组学结合，成功实现了SUMO链的特异性结合蛋白的筛查。 作者首先使用基于酰肼的四片段连接策略合成了天然的diSUMO pull-down探针。然而由于SUMO链和其特异性结合蛋白的相互作用较弱，该探针即使在较高的浓度条件下也很难捕获到结合蛋白RNF4。为了有效的捕获这种弱相互作用，作者将光交联基团二苯甲酮（Bpa）引入至SUMO的序列中，并使用上述的四片段策略高效合成了diSUMO光交联探针-diSUMOBpa（图1a）。diSUMOBpa探针可以在体外以及细胞裂解液的复杂环境中在较低的浓度下捕获RNF4，且存在大量天然SUMO链情况下也很难被干扰（图1b，1c）。值得注意的是，将RNF4中SUMO结合域的关键氨基酸突变后，其就不能被diSUMOBpa探针捕获，表明探针和RNF4结合是特异性的。 图1 在确定diSUMOBpa探针的有效性后，结合蛋白质组学技术，作者利用该探针在细胞核裂解液中对SUMO链的特异性结合蛋白进行筛选，并使用monoSUMOBpa探针作为对照（图2a）。组学分析发现了24个高置信的蛋白更倾向与diSUMOBpa探针结合。这其中19个蛋白含有SUMO结合域，4个蛋白与SUMO化过程相关（图2b）。随后作者选取核糖体蛋白RPS3进行验证。发现 RPS3和diSUMO以及tetraSUMO的结合力约为mono-SUMO的20倍（图2c-e），从而初步证明了RPS3是新的多聚SUMO链特异性结合蛋白。 图2 SUMO化除了在动物细胞中扮演着重要角色外，还在植物发育和抵抗各种生存压力（如干旱和病原体）中至关重要，但目前对其结合植物蛋白的了解却仍是空白。作者还使用上述四片段连接策略合成了拟南芥源的diSUMO光交联探针，该探针有望对了解植物中SUMO结合蛋白提供帮助。 此项研究得到了国家自然科学基金“生物大分子动态修饰与化学干预”重大研究计划以及合肥工业大学创新科研计划的资助。该工作以research article的形式发表在CCS Chemistry，并在官“Just Published”栏目上线。 文章详情： Chemical Synthesis of diSUMO Photoaffinity Probes for the Identification of PolySUMO Chain-Specific Interacting Proteins Yu Wang, Chenchen Chen , Xianbin Meng , Jian Fan, Man Pan , Jingnan Chen , Haiteng Deng , Jing Shi *, Lei Liu & Yi-Ming Li * Citation：CCS Chem. 2020, 2, 1157–1168 文章链接：https://doi.org/10.31635/ccschem.020.202000282
