Science Bulletin-课题组基于DIA的磷酸化蛋白组学策略全面揭示I型酪蛋白激酶(CK1)的功能

蛋白磷酸化由蛋白激酶介导，广泛参与真核生物生长发育和环境响应的复杂信号网络。I型酪蛋白激酶（CK1）底物众多，在植物和哺乳动物的生理过程、细胞活动等过程中发挥重要调控作用，但CK1功能的全面揭示仍受限于内源底物的精准识别。系统分析CK1介导的磷酸化事件将有助于其内源底物和生理功能的揭示与阐明。

近日，课题组在Science Bulletin发表了题为“Data-Independent Acquisition-based global phosphoproteomics reveal the diverse roles of Casein kinase 1 in plant development” 的研究论文，利用基于数据独立采集（DIA）的磷酸化蛋白组学系统分析获得了CK1依赖的磷酸化肽段、磷酸化蛋白并富集验证了CK1的新识别基序。对其底物C3H17的功能分析阐明了CK1介导的磷酸化参与植物胚胎发育的调控机制。对其他物种中潜在底物的预测和分析大大扩展了CK1的底物范围和功能，为全面理解和阐明CK1的生物学功能提供了依据。

磷酸化蛋白质组学为全面揭示体内磷酸化肽段提供了便利，数据独立采集data-independent acquisition (DIA) 的先进采样技术有助于对磷酸化肽段的全时段识别和采集，显著提高了质谱分析结果的灵敏度和准确性。课题组利用基于DIA的磷酸化蛋白组学对过表达及缺失AEL（一类CK1）的拟南芥材料进行检测，比较分析获得了3985个CK1依赖的磷酸化肽段，对应获得1032个磷酸化蛋白。有意思的是，在富集到的CK1参与胚胎发育调控的底物中发现一个锌指转录因子C3H17，进一步生化实验和遗传分析证明AEL通过磷酸化C3H17促进其蛋白稳定性和转录活性，进而调控植物早期胚胎发育，为植物生殖发育调控的翻译后修饰研究提供了线索。

对磷酸化肽段中富集的底物识别基序进行分析，获得了4个新的CK1识别基序并实验验证了其准确性，利用这些基序搜索拟南芥蛋白数据库，获得了CK1介导的磷酸化可能参与的众多未报道的生物学过程以及已知生物学过程中可能的新底物，为揭示CK1功能和深入阐明其作用新机制提供了线索。

磷酸化蛋白质组学揭示CK1介导的磷酸化参与植物生长发育的各个过程

真核生物CK1的结构和功能高度保守，参与调控的过程众多，利用获得的新基序搜索水稻、小鼠和人类的蛋白数据库，富集到2099个动植物保守的生物学过程，极大扩展了CK1的潜在底物范围和可能作用机制，为相关功能研究和作用机制阐明提供了宝贵资源，也有助于揭示CK1在植物和动物重要生物学过程中的保守功能。

该研究以一类植物CK1为代表，利用基于DIA的磷酸化蛋白组学分离了CK1依赖的磷酸化肽段、磷酸化蛋白，富集验证了CK1的新识别基序，预测分析了CK1在不同物种中的潜在底物和功能，为系统阐明和全面揭示CK1介导的磷酸化的功能研究提供了重要线索。

课题组博士后渠莉为第一作者，薛红卫教授为通讯作者，农业与生物学院刘默洋副研究员，王旭副教授及郑玲丽博士参与了工作。相关研究得到了国家自然科学基金、“万人计划”的资助。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927323005352