蛋白质硫辛酰化修饰（Lipoylation）是一种从细菌到哺乳动物均保守的蛋白质翻译后修饰，其通过酰胺键将硫辛酸（Lipoic acid）修饰在底物蛋白赖氨酸的氨基上。迄今为止，哺乳动物中仅有5个已知的硫辛酰化修饰蛋白，它们都是细胞中重要代谢酶复合物的核心组分，硫辛酰化修饰在这些蛋白上是关键的催化中心。硫辛酰中的两个硫原子通过氧化还原循环在二硫键与巯基之间相互转换，完成酰基转移、电子传递等生化过程。虽然硫辛酰化修饰具有非常重要的生物学功能，但是目前领域内仍缺乏对其灵敏的标记、检测和蛋白质组学分析工具。

近日，北京大学化学与分子工程学院、北大合成与功能生物分子中心、北大-清华生命联合中心陈兴教授课题组开发出一种新的化学方法能够对蛋白质硫辛酰化修饰进行化学特异性标记和组学分析。这种方法被命名为iLCL（Iodoacetamide-assisted lipoate-cyclooctyne ligation）。作者发现，硫辛酰化修饰中特殊的五元环状二硫键相比蛋白质内部半胱氨酸形成的线性二硫键具有更强的亲核能力，能够与高浓度的碘乙酰胺（IAA）发生亲核取代-水解开环反应，生成不稳定的次磺酸（Sulfenic acid）中间体。

接着，作者利用环辛炔与次磺酸的连接反应，使用连接有报告基团的二苯环辛炔（DBCO）衍生物对产生的次磺酸进行捕捉和标记。作者利用硫辛酸小分子与硫辛酰化修饰的单蛋白等模型系统对iLCL标记方法进行了验证与优化。

随后，作者利用iLCL对大肠杆菌和小鼠巨噬细胞的裂解液进行了标记，并结合定量蛋白质组学技术，第一次实现了硫辛酰化修饰蛋白质组学的大规模鉴定，并成功鉴定到所有已知的硫辛酰化修饰蛋白，证明了iLCL方法的特异性和准确性。有趣的是，作者发现天冬酰胺合成酶（Asparagine synthetase）与谷氨酰胺果糖-6-磷酸氨基转移酶（Glutamine-fructose-6-phosphate aminotransferase）在大肠杆菌和小鼠巨噬细胞中均有较高的富集度，暗示它们很可能是新的硫辛酰化修饰蛋白。

论文信息：

Chemical Tagging of Protein Lipoylation

Qi Tang, Yilan Guo, Liying Meng, Xing Chen

陈兴教授为本文的通讯作者，本文共同第一作者为北京大学化学与分子工程学院2018级博士生唐麒和郭怡兰，陈兴课题组已毕业的博士生孟丽莹也为本工作做出了重要贡献。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202010981