蛋白质甲基化是一种重要的翻译后修饰，发生在多种氨基酸残基上。目前的蛋白质组学方法在发现除精氨酸和赖氨酸以外的残基甲基化方面效率低下，这阻碍了对罕见蛋白甲基化功能作用的深入理解。
2024年8月28日，
中国科学院
叶明亮、
程红、
李国辉及
王泽峰
共同通讯
在
Nature Communications
在线发表题为
“
Metabolic labeling based methylome profiling enables functional dissection of histidine methylation in C3H1 zinc fingers
”
的研究论文，
该研究
提出了一种甲基化特异性代谢标记方法，用于全局甲基化组制图，从而能够获得涵盖不同甲基化类型的甲基化组数据集。
在已确定的甲基化事件中，发现His甲基化更倾向于发生在C3H1锌指(ZFs)中。这些His甲基化事件被确定为Nπ特异性并由CARNMT1催化。发现His甲基化可以稳定
ZFs
的结构。
U2AF1被用作概念验证，以强调ZFs中His甲基化在RNA结合和RNA代谢中的功能重要性。从而对蛋白质甲基化如何调节细胞过程有了新的理解。
由
SAM
依赖的甲基转移酶催化的蛋白质甲基化是一种主要的翻译后修饰(PTM)，参与各种生物过程。
Lys (K)和Arg (R)残基上的甲基化已被广泛研究，并被认为在多种生物过程的调控中发挥重要作用，包括基因转录的表观遗传调控、RNA加工、DNA损伤修复和信号转导。与广泛研究的Arg和Lys残基甲基化相比，其他残基的甲基化在很大程度上被忽视。目前，在PhosphoSitePlus数据库中记录了大量已知的Arg甲基化事件(11246个事件)和Lys甲基化事件(5314个事件)，而在人类中，除了Arg和Lys之外，只有14个位点甲基化的注释。
近年来的研究表明，残基上的甲基化，包括Cys (C)甲基化、Glu (Q)甲基化和His (H)甲基化，在多种生物过程的调控中也发挥着重要的功能和作用。
甲基化可以发生在8个氨基酸残基上，产生多达11种甲基化形式，包括赖氨酸上的3种形式和精氨酸上的2种形式。
为了了解蛋白质甲基化的功能，特别是罕见的形式，有必要同时分析所有的甲基化形式。不幸的是，高可信度的甲基化位点鉴定是困难的，因为甲基引入的质量变化与一些氨基酸取代相同，当氨基酸取代发生在假定的甲基化位点附近时，这尤其复杂。为了提高甲基化鉴定的可信度，通常采用
hM-SILAC
(细胞培养中氨基酸的重甲基稳定同位素标记)策略来区分真正的甲基化和基于重甲基对和轻甲基对存在的潜在假阳性。然而，当考虑8个氨基酸残基上全部11种甲基化类型时，需要考虑26种不同的修饰。大量可能的甲基化形式导致数据库搜索算法无法匹配大量的组合。此外，用于标记甲基化的蛋氨酸也被并入蛋白质中，从而在LC-MS/MS分析中得到含有肽对的蛋氨酸。因此，在前体扫描时，甲基化肽无法与含蛋氨酸的肽区分开。
由于这些原因，系统地调查蛋白质甲基化的全局，特别是罕见的甲基化形式，仍然是一个巨大的挑战。
His甲基化稳定了C3H1 ZF的结构（图源自
Nature Communications
）
研究提出了一种专用的甲基特异性代谢标记策略，允许同时识别8个氨基酸残基上的11种甲基化类型。
研究发现His是甲基化程度第三高的残基。在13个鉴定出的His甲基化位点中，有5个位于C3H1 ZFs结构域的His残基上。研究进一步证实了C3H1 ZF结构域的His甲基化结构是Nπ特异性的，并验证了CARNMT1是负责C3H1 ZF的His甲基化的甲基化酶。分子刺激分析表明，甲基化的His与ZFs中的Tyr(在U2AF1中)形成π-π堆叠，甲基化可以稳定整个ZFs结构域。研究还阐明了甲基化ZFs的结构稳定化是一个普遍的机制。
因此，研究结果揭示了His甲基化维持某些特定C3H1 ZFs的正常结构和功能的一种新的一般机制。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41467-024-51979-2
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