蛋白質組學大爆發，2021年10月Nature同期4篇

    近年來蛋白質組技術應用取得飛速發展，高水平研究成果風起云涌，層出不窮。僅2020年，國際頂級期刊Cell，Nature ，Science累計發表75篇蛋白質組學、及蛋白質修飾組學技術相關研究成果，在生命科學、醫學與農業科學領域接連取得重大突破。

    2021年10月27日，Nature同期發表4篇蛋白質組學技術相關研究成果，在植物生物學、細胞生物學等眾多研究領域取得突破。其中有加州大學河邊分校楊貞標、福建農林大學林文偉運用蛋白質組及磷酸化修飾組技術，揭示植物細胞“酸性生長”的核心機制！奧地利科學技術學院Ji?íFriml教授課題組通過在擬南芥中運用磷酸化修飾組學技術，揭示了根生長中H⁺通量的細胞表面和細胞內生長素信號傳導！吉林大學崔銀秋團隊運用古蛋白質組學在青銅時代塔里木盆地木乃伊的起源研究取得重大突破！美國紐約洛克菲勒大學K?van? Birsoy研究團隊運用細胞器蛋白質組學揭示哺乳動物細胞中線粒體谷胱甘肽輸入的分子機制！

一、基于TMK的細胞表面生長素信號激活細胞壁酸化

    生長素（auxin）是第一個被發現的植物激素，也是植物中最重要的激素之一，幾乎參與了植物所有的生長發育與逆境相應相關的調控過程。生長素的重要功能之一是促進細胞的伸長。然而，生長素如何介導質子泵酸化細胞壁的分子機制一直懸而未決。加州大學河邊分校楊貞標、福建農林大學林文偉合作揭示了植物通過細胞膜表面類受體激酶家族蛋白（TMK）感受生長素，通過特異位點磷酸化激活細胞膜表面的質子泵（H⁺-ATPase)，導致細胞壁酸化，促進細胞的伸長及組織生長。

    該研究充分解析了“酸性生長假說”的具體機制。通過免疫沉淀結合蛋白質譜（IP-MS）的方法發現類受體激酶(TMK1)和定位于細胞膜上的質子泵家族（H⁺-ATPase, AHAs）的多個成員互作，磷酸化修飾組學進一步揭示生長素通過TMK特異性磷酸化質子泵AHA的C端保守的蘇氨酸位點，激活其質子泵活性，導致大量的質子被泵出細胞外，從而引起細胞壁酸性化和細胞的伸長。

二、根生長中H⁺通量的細胞表面和細胞內生長素信號傳導

    植物對重力的反應，其中芽向上彎曲，根向下彎曲。這個悖論是基于植物激素生長素的相反作用，它通過一種未知的細胞機制促進芽中的細胞擴張，同時在根中抑制它。來自奧地利科學技術學院Ji?íFriml教授課題組通過在擬南芥中結合微流體、實時成像、基因工程和磷酸化蛋白質組學，揭示了根生長中H⁺通量的細胞表面和細胞內生長素信號傳導，加深了對生長素如何抑制根系生長的理解。

    研究團隊表明，生長素激活兩種不同的、拮抗作用的信號通路，這些通路集中在質外體pH的快速調節上。基于細胞表面的跨膜激酶1(TMK1)與質膜H⁺-ATPases相互作用并介導磷酸化和激活以進行質外體酸化，而細胞內的典型生長素信號促進凈細胞H⁺流入，導致質外體堿化。這兩種抵消機制的同時激活，為在復雜土壤環境中進行快速、靈敏的生長調節奠定了基礎。

圖 、生長素通過質外體堿化快速抑制根系生長

三、 青銅時代塔里木盆地木乃伊的基因組起源

    在今中國西北部新疆南部的塔里木盆地偏遠沙漠中發現了4000年歷史的自然木乃伊個體，引發了對這些個體血統的數十年猜測。來自吉林大學的崔銀秋教授研究團隊，運用基因組學和古蛋白質組學，解決了木乃伊的遺傳起源問題，并表明它們是古老的、遺傳上孤立的種群的后裔。作者的結論對未來對亞洲內陸史前史的研究具有重要意義，這些研究必須解決文化交流與遺傳祖先之間的復雜關系。

    研究團隊發現青銅時代早期的準噶爾人主要表現出阿凡納謝沃血統，并有額外的本地貢獻，而早期-中期青銅時代的塔里木人只包含本地血統。針對來自小河遺址的塔里木人的牙石的蛋白質組學分析證實，牛、綿羊和山羊的牧場已經被當時的人口所實踐，表明該遺址自建立以來對奶牛畜牧業的依賴。研究團隊發現塔里木盆地最早的文化似乎起源于遺傳上孤立的當地人口，他們采用了鄰近的牧民和農業實踐，這使得他們沿著塔克拉瑪干沙漠的河流綠洲定居和繁榮。

圖、確定塔里木盆地青銅時代木乃伊的血統

四、哺乳動物細胞中線粒體谷胱甘肽輸入的分子機制

    谷胱甘肽(GSH)是一種小分子硫醇，存在于所有真核生物中，在氧化代謝中起關鍵作用。線粒體作為氧化反應的主要場所，必須保持足夠的谷胱甘肽水平以執行保護和生物合成功能。GSH僅在細胞質中合成，但參與線粒體GSH輸入的分子機制仍然未知。來自美國紐約洛克菲勒大學K?van? Birsoy研究團隊使用細胞器蛋白質組學等技術確定SLC25A39，一種功能未知的線粒體膜載體，作為GSH轉運到線粒體的調節劑。

    研究團隊發現線粒體GSH的輸入是體外細胞增殖和小鼠紅細胞發育所必需的。工程雙功能細菌GSH生物合成酶(GshF)在線粒體中的異源表達使線粒體GSH產生并改善由其消耗引起的代謝和增殖缺陷。最后，GSH可用性負調節SLC25A39蛋白豐度，將氧化還原穩態與哺乳動物細胞中線粒體GSH輸入耦合。研究團隊的工作將SLC25A39確定為線粒體GSH輸入機制的重要和受調控的組成部分。

圖、GSH耗竭下線粒體蛋白質組的全局分析