Methionine

疲惫焦虑？难以入睡？体重减轻？头发干枯？你是否突然出现过“不明原因”的以上类似情况？如果有！很可能是身体缺某种氨基酸了。氨基酸是构成蛋白质的基本组成单位，也是人体组织的重要构成部分，在生命机体营养、生存和发展过程中发挥着极为重要的作用。氨基酸的作用涵盖多个方面，除了维持身体蛋白质平衡外，还参与构成激素、酶以及抗体等，维持人体正常代谢。人体内组成蛋白质的氨基酸分为两大类：8种必需氨基酸和10种非必需氨基酸。前者是指人体需要而又不能靠自身合成，必须由外源性义务供给，包括：异亮氨酸、亮氨酸、苯丙胺酸、蛋氨酸、色氨酸、赖氨酸、缬氨酸，以及苏氨酸。来源：PSM药盾公益虽然人体离不开氨基酸，但也并非多多益善。近日，来自中山大学和UPMC希尔曼癌症中心的联合研究团队发现：膳食中苏氨酸补充太多，可能会加速肿瘤的生长，对抗癌症治疗的效果；相反，如果在膳食中对苏氨酸进行限制，则能够增强抗肿瘤疗效！该研究发表在Nature子刊Nature Cancer上。doi: 10.1038/s43018-024-00748-7至于背后的机制，一切还要从“头”说起。胶质母细胞瘤（GBM）是最常见的原发性恶性脑肿瘤，中位生存期甚至不到2年，同时该肿瘤的复发性很高，经常会在原切除腔的2-3cm内复发，并呈结节状生长。事实上，GBM患者无法治愈的原因很多，但其中很重要的一点在于：胶质母细胞瘤干细胞（GSCs）的存在。GSCs是一种干细胞样群体，对放疗和化疗有着很强的抵抗力，且会在肿瘤内产生细胞类型的分级。不仅如此，研究者还通过小鼠以及体外实验证实，GSCs具有较高的翻译率，这意味着GSCs的蛋白质合成率相对较高，而这种高翻译特征更是增加了GBM的侵袭性，使人们“谈胶质母细胞瘤色变”。GSCs具有较高的翻译率当然，GSCs的高翻译率并不是“凭空出现”的，研究者进一步采用CRISPR基因敲除筛选，探讨了影响GSC生长和翻译的潜在tRNA修饰因子。靶向111个基因进行筛选之后，最终找到了——YRDC。具体来说，研究者在GSC456细胞筛选中，发现了9种重要的命中（hits）基因；而GSC23细胞筛选中则发现了12种。其中，仅有YRDC和RPUSD2两个基因发生了重叠。基于此，研究者总结道，YRDC是GSCs中最重要的tRNA修饰剂。更准确地说，在大多数癌细胞系中，YRDC都是必不可少的。那么，对于GSCs来说，YRDC到底有多重要呢？经过一系列分析，研究者发现，靶向YRDC能够降低GSCs的存活率，消耗YRDC会降低GSC的自我更新能力，同时，缺乏YRDC的GSCs也会表现出较慢的翻译速率。可见，YRDC在GSC维持过程中发挥着重要作用。筛选出YRDC的过程事实上，YRDC发挥作用的根源在于：催化tRNA上N6-苏氨酰氨甲酰腺苷（t6A）的生物合成，从而发挥调节GSCs中蛋白质翻译的功能。质谱分析（MS）显示，当靶向YRDC时，则可以减少t6A，阻碍蛋白质翻译，在体内和体外均能抑制肿瘤生长。YRDC对GSCs的维持和翻译发挥着至关重要的作用千盼万盼，终于盼来了苏氨酸（Threonine）——研究者发现，苏氨酸是YRDC的重要底物。一系列的体外实验显示，苏氨酸能够动态调节t6A水平。具体来说，当提高培养基中苏氨酸的浓度时，即补充苏氨酸72小时后，t6A的浓度得到了提升，但不影响总腺苷水平。不仅如此，增加苏氨酸水平还能加速翻译。与同样是必需氨基酸的精氨酸相比，补充苏氨酸能够加速翻译，同时不影响mTOR磷酸化水平。事实上，苏氨酸能通过YRDC和t6A的生物合成来促进翻译，从而加速肿瘤的生长。苏氨酸动态调节t6A和翻译既然必需氨基酸苏氨酸需要通过膳食补充，那么饮食干预是否能够改善癌症疗法呢？为了更好地模拟苏氨酸饮食限制的临床应用，研究者在植入GSCs的7天后，展开了饮食干预和药物治疗。结果显示，限制膳食中苏氨酸后，小鼠体内的肿瘤体积明显减少，同时存活率也得到了延长。更具体地说，苏氨酸饮食限制减少了t6A的生物合成，从而抑制肿瘤蛋白合成和肿瘤细胞周期进展；类似的情况也出现在异种移植实验中，膳食限制苏氨酸同样能有效限制体内GSC的蛋白质翻译和增殖。放眼临床，如果能将一线化疗药物替莫唑胺，联合饮食中苏氨酸的限制，则有很大的希望能增强化疗和抗有丝分裂的抗肿瘤疗效，为膳食干预癌症治疗提供了分子基础。饮食限制苏氨酸有效增强化疗疗法综上所述，膳食与健康之间存在着千丝万缕的关联——通过限制饮食中的苏氨酸，能够有效降低GSCs的细胞活力，抑制肿瘤生长并延长存活率。对于胶质母细胞瘤的患者来说，化疗配合饮食限制苏氨酸，或能增强抗肿瘤疗效，为患者带去生存的希望！看到这儿，想必大家最关心的问题是：膳食中的苏氨酸都从何而来呢？常见的天然食物包括干酪、家禽、鱼、肉、扁豆、芸豆和芝麻等等。正常情况下，成年人每日需要20mg/千克的苏氨酸。最后提一嘴，这篇文章并非鼓励大家“限制饮食中苏氨酸摄入量”。作为必需氨基酸之一，苏氨酸也存在着诸多生理作用，包括脂质代谢、蛋白质合成、胚胎干细胞增殖、缓解焦虑和轻度抑郁等等，不必将其“一棒子打死”。适宜、平衡，才是王道。参考资料：[1]Wu X, Yuan H, Wu Q, Gao Y, Duan T, Yang K, Huang T, Wang S, Yuan F, Lee D, Taori S, Plute T, Heissel S, Alwaseem H, Isay-Del Viscio M, Molina H, Agnihotri S, Hsu DJ, Zhang N, Rich JN. Threonine fuels glioblastoma through YRDC-mediated codon-biased translational reprogramming. Nat Cancer. 2024 Mar 22. doi: 10.1038/s43018-024-00748-7. Epub ahead of print. PMID: 38519786.撰文 | Swagpp点击下方“药渡“，关注更多精彩内容免责声明“药渡”公众号所转载该篇文章来源于其他公众号平台，主要目的在于分享行业相关知识，传递当前最新资讯。图片、文章版权均属于原作者所有，如有侵权，请及时告知，我们会在24小时内删除相关信息。微信公众号的推送规则又双叒叕改啦，如果您不点个“在看”或者没设为"星标"，我们可能就消散在茫茫文海之中~点这里，千万不要错过药渡的最新消息哦！

色氨酸仅占人类蛋白质组中氨基酸组成的1%，在生物体中占据着特殊的地位。作为生物合成过程中能量消耗最大的氨基酸，色氨酸通常富集于蛋白质的功能位点，参与蛋白质折叠和信号转导等重要过程。不同于Cys、Lys等高度亲核的氨基酸，色氨酸在生理pH下亲核性很弱，传统的Acid-Base方法难以实现其共价靶向。尽管诸如“过渡金属催化的C-H活化”和“光化学诱导的自由基反应”等方法已经在色氨酸共价靶向领域取得一定的进展，但在生理条件下广泛适用的高选择性色氨酸靶向策略目前仍未被开发出来。近日，加州大学伯克利分校的研究人员成功开发了一类基于氧化还原反应的Trp-CLiC方法，可在色氨酸的吲哚侧链上实现蛋白质组水平上的快速、选择性氧化环化偶联，并揭示了细胞中广泛存在的色氨酸阳离子-π相互作用介导的相分离过程。受吲哚类生物碱生物合成的启发，研究人员推测基于氧化还原的环化反应能够为色氨酸的共价修饰提供一条新的途径。首先，他们将目光投向了一类常用的氧化环化试剂——氧杂氮丙啶。据前期研究显示，酰胺取代的氧杂氮丙啶试剂可选择性地修饰蛋白表面的蛋氨酸，而对色氨酸难以发挥作用。LUMO轨道能量计算分析显示，磺酰基取代的氧杂氮丙啶基团具有更高的亲电反应活性。因此，研究人员合成了一系列磺酰基取代的氧杂氮丙啶试剂并进行了体外氧化环化反应的初始构效关系研究。结果显示，苯环对位硝基取代的氧杂氮丙啶试剂具有最高的反应活性和产率（>90%）。进一步的结构优化和炔基手柄的引入得到了6种高反应性的Trp-CLiC 试剂，以用于进一步的蛋白质组学研究。根据反应选择性研究结果，Trp-CLiC 试剂除了能够与色氨酸发生氧化环化偶联外，还能够与半胱氨酸和蛋氨酸发生反应。然而，Ox-W18分子对半胱氨酸和蛋氨酸产生的氧化产物均为体内天然存在的内源性物质，在细胞内存在NADH、蛋氨酸亚砜还原酶的情况下，这些产物可以被自发还原。这为色氨酸的选择性偶联标记提供了基础。此外，Ox-W18分子与色氨酸的反应速率24.9M-1/S-1，与传统的点击反应速率相当。接着，研究人员对Trp-CLiC试剂的体外蛋白共价修饰能力进行了研究。他们首先选择了GLP-1作为研究对象，该蛋白仅有一个色氨酸，位于蛋白表面。通过HPLC分析发现，Ox-W18分子具有出色的水溶性和反应活性，在短短10分钟内即可完成反应，共价标记产率达到82%。随后研究转向了IL-8，该蛋白唯一的色氨酸残基包埋在蛋白内部。分析结果显示，在正常条件下，蛋白内部的色氨酸无法被Trp-CLiC 试剂共价修饰，但在通过SDS等变性剂处理后，这类色氨酸也能够被Trp-CLiC试剂成功标记。在成功应用Trp-CLiC于两类蛋白后，研究人员试图更深入地探索这种生物偶联方法的蛋白标记特征。他们选用的第三个研究对象是溶菌酶蛋白，拥有6个色氨酸残基，其中仅62位的色氨酸暴露在表面，其他色氨酸残基均埋藏在内部。利用吲哚环在280nm特殊的荧光吸收，研究人员能够实现对溶菌酶蛋白中色氨酸的生物偶联情况的定量观测。结果显示，在自然条件下，观测到A260/A280吸光度比值为0.78，表明仅有一个色氨酸被成功标记。而加入SDS变性剂后，这个比值明显上升，表明蛋白展开后其他色氨酸残基也被标记。进一步的LC-MS/MS分析显示，Trp-CLiC共价修饰的标记程度取决于色氨酸的溶剂可及性，优先选择位于表面、溶剂可及性高的色氨酸进行标记。研究还证实了Trp-CLiC方法具有良好的时间和环境稳定性，以及出色的色氨酸偶联选择性。研究人员接着成功构建了Trp-CLiC ABPP平台，用于系统性地识别蛋白质组中新的功能性色氨酸位点。利用此方法，从591种探针修饰的蛋白质中鉴定出了906个蛋白表面的色氨酸残基结合位点，并使用WB实验验证了标记的可靠性。这些标记的蛋白大多属于不可成药的蛋白类别，并在细胞内各种亚细胞分离区域（如核仁、核斑、应力颗粒等）中高度富集。此外，AlphaMissense预测显示，来自882个色氨酸结合位点的17214个可能的错义突变体中，90.5%可能是致病的，突出了这些色氨酸位点的生物学意义。为了进一步探究功能性色氨酸结合位点的生化特征，研究人员基于Alphafold对Trp-CLiC标记的色氨酸位点周围环境进行了全局分析。分析结果表明，65.1%的色氨酸残基与周围环境发生了阳离子-π相互作用，并且在这些色氨酸位点中普遍存在WxxxK基序。这表明赖氨酸的存在为稳定蛋白表面的疏水色氨酸残基提供了一种潜在的途径。鉴于Trp-CLiC发现的靶标蛋白在相分离的亚细胞区室中高度富集，研究人员推测位于蛋白表面的功能性色氨酸位点可能参与介导蛋白靶标引起的细胞相分离。为了验证这一假设，研究人员首先选择了NONO蛋白作为研究对象，它的二聚化对形成副斑（一种相分离形成的无膜细胞器）至关重要，其表面的W271被氧化环化共价偶联。突变结果显示，W271和R220位的突变细胞形成了异常大的荧光点，明显干扰了相分离过程，并导致副斑面积的扩大；而R293位的突变对细胞中副斑的形态无明显影响。这表明W271与R220的阳离子-π相互作用是NONO蛋白二聚化和相分离副斑形成的关键因素。系统分析结果表明，Trp-CLiC ABPP方法发现的594个“阳离子-π相互作用对”中，有311个色氨酸位点与邻近的赖氨酸发生相互作用，而其中80%的赖氨酸都能够在体内进行翻译后修饰（如泛素化、乙酰化、SUMO化等）。研究人员于是对生物体的翻译后修饰与色氨酸阳离子-π相互作用，以及相分离过程的关系展开了研究。他们选择了NPM1蛋白作为研究对象，该蛋白是一类核仁颗粒亚细胞结构的支架蛋白，介导细胞核内的相分离过程，其表面的W288和W290被Trp-CLiC试剂偶联结合。W288与K292发生阳离子-π相互作用，而W290与K248相互作用。突变试验结果显示，W288和W290的单点突变和双重突变以及K248Q和K292Q突变体都能够导致NPM1定位和相分离的改变，进而在核基质中检测到更分散的荧光信号；而K248R和K292R突变（精氨酸的突变增强了阳离子-π相互作用）却使得NPM1蛋白在核仁中更多地积累，促进相分离的过程。此外，基因序列比对显示，Lys248-Trp290的阳离子-π基序在各个物种中是完全保守的，而Lys292-Trp288的阳离子-π基序仅存在于哺乳动物中。研究人员进行了逆境环境下的对比突变实验后发现，Lys292-Trp288的阳离子-π相互作用为NPM1蛋白对环境应激的反应提供了一种进化优势，有助于NPM1蛋白克服恶劣环境条件对其定位和相分离功能的影响。参考文献1. Xie X, Moon PJ, Crossley SWM, et al. Oxidative cyclization reagents reveal tryptophan cation-π interactions. Nature. 2024;627(8004):680-687. doi:10.1038/s41586-024-07140-62. Lin S, Yang X, Jia S, et al. Redox-based reagents for chemoselective methionine bioconjugation. Science. 2017;355(6325):597-602. doi:10.1126/science.aal3316声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！长按关注本公众号   粉丝群/投稿/授权/广告等请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓