具有时空组织特性亚细胞蛋白质组学几乎是所有生命的基础。例如，作为细胞发电厂的线粒体，其中的动态蛋白质组正在维持细胞能量和氧化还原稳态方面有着至关重要的作用。因此线粒体蛋白质组同源的扰动、瘀滞，与许多人类的疾病密切相关，如癌症，代谢疾病和神经退化性疾病等。所以，对不同细胞的线粒体蛋白质组学进行时空剖析，有利于促进对生物体基本机制的了解，对于人类疾病治疗具有重大的前景。尽管基于细胞裂解、酶介导临近标记等方法被开发出来去探索线粒体蛋白质组学，但是要实现线粒体亚细胞区域特异性时空剖析蛋白质组学依旧是一个难题，因此急需要一种新的方法可实现活细胞中亚细胞区域分析蛋白质组学。

北京大学化学与分子工程学院的陈鹏教授在J.Am.Chem.Soc.上发表了题为“Bioorthogonal Photocatalytic Decaging-Enabled Mitochondrial Proteomics” 的研究论文。作者在这里设计了一种基于生物正交和光催化降解的邻近标记策略，可以在活细胞中对线粒体亚细胞单位的蛋白质组学进行时空分析。

示意图

图一：开发生物正交和光催化脱笼的邻近标记策略（Cat-Prox）。（A）筛选芳基叠氮化物还原反应的催化剂，（B）HPLC表征还原反应的效率，（C）评价催化剂Ir8的毒性，（D）基于醌甲基化物的标记探针 (PAB-QM-Bio) 的设计和 PAB-QM-Bio 在水性介质中的光催化降解，（E）HPLC表征PAB-QM-Bio 探针光催化降解的，（G）BSA 标记的光催化剂浓度依赖性，（H）过切换光刺激进行时空标记 BSA 。这些数据说明了成功构建了Cat-Prox，并可以将其应用在标记BSA上，被标记的蛋白含有Lys, Ser, Glu, Gln, Asp, Asn, and Arg等侧链氨基酸。

图二：验证CAT-Prox作为非遗传策略应用于线粒体蛋白质组学分析。（A）光催化剂Ir8可自定位靶向进入线粒体，（B-C）Ir8和 MitoTracker Deep Red在线粒体中的共定位，（D）光催化试剂激活芳基叠氮化物修饰的罗丹明，（E-F）证明了激活后的罗丹明与MitoTracker Deep Red在线粒体中定位，（G-H）CAT-Prox 标记后 HeLa 细胞的免疫荧光分析验证了原位蛋白标记线粒体，（I）AT-Prox 处理 HeLa 细胞后生物素化蛋白质的免疫印迹分析。实验数据表明了CAT-Prox能顺利的在线粒体内被Ir8光激活并且可以对相关的蛋白进行原位标记。

图三：CAT-Prox对活细胞中线粒体蛋白质组的动态分析。（A）CAT-Prox与质谱联用鉴定HeLa细胞的标记亚细胞蛋白质组学，（B）对从HeLa细胞中鉴定出的蛋白质进行基因本体分析，（C）AW264.7细胞中的蛋白质鉴定，（D）对从AW264.7细胞中鉴定出的蛋白质进行基因本体分析，（E）在LPS刺激AW264.7细胞后，用CAT-Prox对蛋白质组动态组学进行分析，（F-G）观察在炎症状况发生后，AW264.7细胞蛋白质动态变化过程。这一实验结果表明了CAT-Prox可以实现对难以转染细胞的线粒体蛋白质组学进行动态剖析。

作者开发了一种光催化，具有时空分辨的蛋白质组学分析方法 (CAT-Prox)，整合了独特的可控性光催化降解化学优势和蛋白质反应醌甲基化物，允许动态解剖难以转染细胞的线粒体蛋白质组学。CAT-Prox 的优点包括催化并原位生成反应性标记探针，避免基因操作问题和诱饵蛋白定位错误、光远程控制以及模块化的设计，这使 CAT-Prox 作为动态亚细胞蛋白质组学分析的通用平台活细胞。

陈 鹏         

2011- PI，北大-清华生命科学联合中心

2011- PI，北京大学合成与功能生物分子中心

2009- 研究员，博士生导师，北京大学化学与分子工程学院

2007-2009 博士后，美国Scripps 研究所；诺华制药美国圣迭戈研发中心

2007 理学博士 美国芝加哥大学 化学系

2003 理学硕士 美国芝加哥大学 化学系

2002 理学学士 北京大学 化学与分子工程学院

研究方向：主要集中在化学与生物学的前沿交叉领域，试图通过化学家的知识与手段，为生命科学的探索提供一系列崭新的工具和研究方式。

课题组主页：

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