精氨酸甲基化已成为国自然关注的热点，下面我们将从背景介绍、研究手段、方法、结果分析等角度深入解析这一主题。
精氨酸甲基化是一种重要的蛋白质翻译后修饰，涉及到蛋白质上的精氨酸残基通过甲基转移酶添加甲基的过程。这种修饰在多种生物学过程中发挥作用，包括调控基因表达、蛋白质稳定性、信号传导、以及细胞核和细胞质内的蛋白质相互作用。
精氨酸甲基化主要涉及将甲基团（CH3）从S-腺苷甲硫氨酸（SAM）转移到精氨酸残基的鸟氨酸侧链上。这种修饰可以是单甲基化（一个甲基）、对称二甲基化（两个甲基在相同的氮原子上）或非对称二甲基化（两个甲基在不同的氮原子上）。
图1 转录调控中的精氨酸甲基化
精氨酸甲基化的催化由一类称为蛋白精氨酸甲基转移酶（PRMTs）的酶进行。这些酶识别特定的蛋白质靶点，并在精氨酸残基上催化甲基团的添加。PRMTs可以分为两类：Type I PRMTs，主要进行非对称二甲基化；Type II PRMTs，则负责对称二甲基化。
图2 PRMT4、5 和 7 介导的精氨酸甲基化在选择性剪接调节和癌细胞生长中的工作模型
精氨酸甲基化在许多生物学功能中都有关键作用：
基因表达调控：甲基化的精氨酸可以影响染色质结构和基因的转录，通常是通过修改组蛋白和非组蛋白调控因子。
RNA处理：一些RNA结合蛋白在经历甲基化后，会影响其与RNA的结合能力，进而影响mRNA的剪接、运输和稳定性。
信号传导：某些信号蛋白的甲基化可以改变它们的活性或与其他蛋白的相互作用，从而调节信号通路。
细胞周期调控：精氨酸甲基化参与调控细胞周期的关键蛋白，影响细胞的增殖与分化。
精氨酸甲基化的异常通常与多种疾病相关，包括癌症、心血管疾病和神经退行性疾病。因此，了解其精确的生物学机制和调控网络，对于疾病治疗具有重要意义。
精氨酸甲基化的研究涉及多种技术手段和检测指标，以解析其复杂的生化途径和调控机制。以下是一些关键的研究方法和技术：
1. 质谱分析（Mass Spectrometry, MS）
质谱分析是一种强大的工具，用于识别和定量蛋白质甲基化。样品通常经过消化，然后用液相色谱与质谱联用（LC-MS/MS）进行分析，以精确地鉴定甲基化位点和甲基化类型。这种方法能够提供关于蛋白质全局甲基化状态的详细信息。
2. 免疫荧光染色（Immunofluorescence）
免疫荧光染色利用特异性抗体对细胞或组织切片中的甲基化精氨酸进行标记，并使用荧光显微镜观察。这种方法可以在细胞内特定位置观察甲基化的分布和局部化，有助于理解其在细胞中的功能和动态变化。
利用甲基化特异性抗体，可以通过ELISA检测特定蛋白的甲基化水平。这种方法适用于快速筛选和定量分析，特别是在有大量样本需要处理时。
ChIP-MS结合了染色质免疫沉淀（ChIP）和质谱分析，可以用来识别与特定甲基化精氨酸相关的DNA和蛋白质。这种方法特别适用于研究甲基化如何影响蛋白质-DNA相互作用以及基因表达。
蛋白芯片技术允许在芯片上固定大量的蛋白质或肽，使用特异性抗体检测甲基化状态。这种方法可以在同一实验中分析多种蛋白质的甲基化状态，适合进行高通量分析。
下面我们来举2个例子带大家一键看懂精氨酸甲基化实验结果。
1. WB检测显示PRMT7 的主要活性是蛋白质中精氨酸残基的单甲基化
PMID：33782401，《Nature Communications》
中科院一区，IF：16.6
这幅图显示了通过免疫印迹法（Western blot）分析蛋白质甲基化的结果。图片中包含四个独立的实验结果，分别针对不同类型的甲基化精氨酸：
单甲基精氨酸（MMA）
对称二甲基精氨酸（SDMA）
不对称二甲基精氨酸（ADMA）
特定的蛋白甲基转移酶PRMT7
每个实验的结果分为两列，对照组（siCTL）和实验组（siPRMT7），对照组为正常表达，而实验组则是敲低PRMT7的表达。以下是详细的分析：
单甲基精氨酸 (MMA) - 在敲低PRMT7后，MMA标记的蛋白条带似乎变淡，表明PRMT7参与了单甲基化反应的调控。
对称二甲基精氨酸 (SDMA) - 敲低PRMT7对SDMA的甲基化影响不大，条带强度和对照组相似。
不对称二甲基精氨酸 (ADMA) - 敲低PRMT7后，ADMA的甲基化影响不大，条带强度和对照组相似。
PRMT7蛋白 - 如预期，敲低PRMT7后，在实验组中PRMT7的条带明显减少或消失。
底部的肌动蛋白（ACTIN）作为内参蛋白对照，确保样品的装载量相等和蛋白转移过程的正确性。ACTIN条带在所有实验中均显示出稳定的表达，证明实验操作的一致性和可靠性。
2. 外甲基化试验表明，PRMT4以 3R 依赖性方式催化 BRD4 甲基化。
PMID：36475791，《Science Advances》
中科院一区，IF：13.6
这张图片展示了一个体外甲基化实验，用于比较两种蛋白质甲基转移酶，HA-PRMT4和HA-PRMT7，对BRD4蛋白的甲基化能力。实验分别使用了野生型（WT）和突变型（3RK）的GST-BD1-3R BRD4蛋白作为底物。
图片从上到下共有三个条带：
3H-methyl-BD1-3R: 这一行显示了加上放射性标记的甲基化BRD4。可以看到，当使用PRMT4和野生型BRD4 (WT) 时，有明显的信号，说明PRMT4能有效地甲基化BRD4。在使用突变型BRD4 (3RK) 时，信号消失，表明这些突变位点是PRMT4甲基化的必要靶点。而在PRMT7的列中，不论是野生型还是突变型，都未观察到明显的甲基化信号，说明在这个体外实验条件下，PRMT7对BRD4的甲基化能力较弱或无效。
GST-BD1-3R: 这一行是对BRD4蛋白进行染色，以证实其在所有实验样品中均等量存在。在所有列中，都可以看到均匀的蛋白条带，这表明蛋白质的装载量是一致的。
GST: 这一行显示的是GST蛋白的条带，作为对照，证实了GST蛋白在所有样品中的存在和均匀性。
综合分析，这个实验说明了PRMT4可以特异性地依赖于BRD4中特定的精氨酸残基进行甲基化，而这些残基在3RK突变体中被改变导致甲基化作用丧失。相比之下，PRMT7在这个实验条件下对BRD4的甲基化作用较弱或不存在。这种差异可能是由于酶的底物特异性或实验条件的差异导致的。
2023年医学科学部“精氨酸甲基化”中标项目3个，其热度逐渐攀升
中标项目
总而言之，精氨酸甲基化作为蛋白质翻译后修饰的一种形式，已经显示出在调节基因表达、细胞信号传导、细胞周期控制以及疾病发生等多种生物过程中具有关键作用。随着技术的进步，特别是质谱分析、免疫荧光染色和蛋白芯片等方法的应用，研究者能够更精确地分析和理解精氨酸甲基化的复杂网络和功能。此外，国自然的相关资助表明，这一领域在基础和应用研究中受到了越来越多的重视。
