3月11日，華中科技大學生命科學與技術(shù)學院薛宇教授研究團隊在Science Bulletin雜志上發(fā)表了題為“Using bioinformatic resources for a systems-level understanding of phosphorylation”專家評介文章，詳細論述了利用生物信息學資源，從系統(tǒng)層面理解蛋白質(zhì)磷酸化修飾的研究進展與面臨挑戰(zhàn)，為今后運用多學科交叉研究手段，探索生命科學中的化學代碼及其調(diào)控規(guī)律提供了有價值的線索。
蛋白質(zhì)磷酸化是真核生物中研究最深入的翻譯后修飾之一，通過改變蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性、催化活性、相互作用等方式，參與調(diào)控細胞增殖、分化、自噬等重要生命活動，從而決定細胞命運的可塑性。如何從系統(tǒng)層面理解磷酸化修飾功能與生物學效應，解析化學修飾的分子機制與調(diào)控規(guī)律是當前生命科學領(lǐng)域的研究熱點與難點。傳統(tǒng)上，由于缺乏高通量組學技術(shù)，生物學家通常集中于研究有限數(shù)量蛋白質(zhì)中磷酸化修飾的調(diào)控機制。隨著蛋白質(zhì)組學鑒定技術(shù)的出現(xiàn)，磷酸化組學極大地推動了蛋白質(zhì)翻譯后修飾生物信息學的發(fā)展，為數(shù)據(jù)庫構(gòu)建和算法設(shè)計提供了極為寶貴的大數(shù)據(jù)。開發(fā)與構(gòu)建大量的生物信息學資源，促進了對磷酸化修飾的系統(tǒng)層面理解，包括但是不限于單個蛋白質(zhì)中磷酸化分析，生物過程中關(guān)鍵蛋白激酶鑒定，激酶特異性靶向藥物的確定，以及激酶下游信號事件的闡明。在每種不同生理病理條件下，生物信息學分析為高效發(fā)現(xiàn)新生物學知識提供了有力線索。
圖1 (a) 預測激酶特異性磷酸化位點的GPS算法開發(fā)；(b) 基于磷酸化組的關(guān)鍵蛋白激酶分析流程構(gòu)建與實驗發(fā)現(xiàn)
鑒于已開發(fā)眾多數(shù)據(jù)庫和生物信息學工具，如何利用這些資源實現(xiàn)從系統(tǒng)水平理解磷酸化修飾已經(jīng)成為一個當前巨大的挑戰(zhàn)。對于生物學家而言，首先經(jīng)常遇到的問題是如何在特定生理病理過程中鑒定重要磷酸化蛋白質(zhì)及其上游蛋白激酶。薛宇教授研究團隊自2004年起開發(fā)GPS系列算法用于激酶特異性磷酸化位點預測分析，幫助實驗學家發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵功能激酶及磷酸化底物（圖1a）。第二個問題是如何在缺乏先驗知識的情況下，識別與磷酸化相關(guān)的生物學過程中關(guān)鍵蛋白激酶。磷酸化修飾具有高度選擇性及動態(tài)性，難以直接監(jiān)測。薛宇教授研究團隊設(shè)計修飾組數(shù)據(jù)分析流程，利用底物磷酸位點變化反推蛋白激酶活性變化，與實驗學家合作揭示了參與晝夜節(jié)律、細胞自噬及肝臟轉(zhuǎn)分化等生命過程中的關(guān)鍵調(diào)控激酶（圖1b）。第三個問題是蛋白激酶分析預測如何有助于人類健康和疾病治療。迄今為止，已有50多種獲得FDA批準的藥物用于抑制蛋白激酶。在未來研究中，生物信息學輔助策略可能有助于新藥設(shè)計和藥物重定位，開發(fā)基于靶向激酶的治療藥物。第四個問題是如何精確鎖定功能蛋白激酶的下游重要信號通路。伴隨著生命組學技術(shù)的飛速發(fā)展，整合轉(zhuǎn)錄組、代謝組等組學數(shù)據(jù)分析，將加速下游磷酸化信號通路的鑒定與發(fā)現(xiàn)。
論文第一作者為華中科技大學生命科學與技術(shù)學院青年教師彭迪，通訊作者為華中科技大學生命科學與技術(shù)學院薛宇教授。該研究獲得了科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、湖北省創(chuàng)新群體及湖北省博士后優(yōu)秀人才跟蹤支持計劃的支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.01.032
（文章來源：www.ebiotrade.com/newsf/2024-3） | 
