近日，北京大学化学与分子工程学院、北大-清华生命联合中心、北京大学合成与功能生物分子中心王初课题组与北京大学生命科学学院、北大-清华生命联合中心、蛋白质与植物基因研究国家重点实验室肖俊宇课题组合作在Nature Chemical Biology杂志上发表了题为“ Discovery of Metal-binding Proteins by Thermal Proteome Profiling”的研究文章。在这项工作中，作者开发了一种名为METAL-TPP的化学蛋白质组学方法，结合热稳定性定量蛋白质组学分析技术TPP鉴定金属结合蛋白，为研究金属结合蛋白质组学提供了新的实验技术。 金属结合蛋白广泛分布于生命体中，参与了很多重要的生命活动，包括催化、转录、信号传导等。此外，越来越多研究发现人类很多疾病与金属结合蛋白的功能异常有着密切的关系。目前在蛋白质组水平上鉴定金属结合蛋白的方法有限，而且它们在通用性、灵敏度和准确性上都存在一定的局限性，因此发展系统鉴定金属结合蛋白的化学蛋白质组学方法对于研究该类蛋白的生物学功能有着特别重要的意义，能够帮助人们更好地阐述金属结合蛋白在生理以及病理过程中发挥的重要作用。迄今为止，研究人员已经开发了多种实验组学方法系统地研究金属结合蛋白，其中包括电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、固定金属亲和层析（IMAC）、金属同位素天然放射自显影 (MIRAGE)、基于活性的蛋白质分析(ABPP)和邻近标记技术（APEX2）等。例如，Cvetkovic等人结合色谱分离法、ICP-MS和液相色谱串联质谱法（LC-MS/MS）发现了强烈炽热球菌中的四种新型金属离子结合蛋白【Cvetkovic, A. et al. Microbial metalloproteomes are largely uncharacterized. Nature 466, 779-782 (2010)】；Weerapana等人利用ABPP平台鉴定了人类蛋白质组中的锌离子结合蛋白和大肠杆菌中的铁硫（Fe-S）蛋白【Pace, N.J. & Weerapana, E. A competitive chemical-proteomic platform to identify zinc-binding cysteines. ACS Chem Biol 9, 258-265 (2014)；Bak, D.W. & Weerapana, E. Monitoring Fe-S cluster occupancy across the E. coli proteome using chemoproteomics. Nat Chem Biol 19, 356-366 (2023)】。王晶研究员课题组基于APEX2邻近标记鉴定到CRIP2作为核铜离子结合蛋白调节细胞自噬【Chen, L. et al. 2021. 'APEX2-based Proximity Labeling of Atox1 Identifies CRIP2 as a Nuclear Copper-binding Protein that Regulates Autophagy Activation', Angewandte Chemie-International Edition, 60: 25346-55】。此外，生物信息学还提供了另一种挖掘金属蛋白质组的工具。王初课题组去年开发了一种名为MetalNet的计算方法，采用机器学习方法通过蛋白质共进化信号进行金属结合位点预测，为研究金属蛋白质组和金属生物学提供了新的工具【Cheng, Y. et al. Co-evolution-based prediction of metal-binding sites in proteomes by machine learning. Nat. Chem. Biol. 2023, 19 (5), 548-555】。最近该方法的在线服务器版本MetalNet Server也已部署于王初课题组网站https://www.chem.pku.edu.cn/wangchulab/metalnet。然而发展一种通用性、灵敏度和准确性高的组学方法研究金属结合蛋白仍然具有挑战性。热稳定性蛋白组学分析方法（TPP）实现了在蛋白质组水平上无差别地鉴定活细胞中的药物靶点【Savitski, M.M. et al. Tracking cancer drugs in living cells by thermal profiling of the proteome. Science 346, 1255784 (2014)】。同时，许多研究发现金属离子的结合能够增加金属结合蛋白的热稳定性【Fish, A. et al. Structural basis for the thermostability of ferredoxin from the cyanobacterium Mastigocladus laminosus. J Mol Biol 350, 599-608 (2005)；Scolnick, L.R. et al. Altering the binuclear manganese cluster of arginase diminishes thermostability and catalytic function. Biochemistry-Us 36, 10558-10565 (1997)】。受此启发，作者探究了金属结合蛋白中的金属离子被金属螯合剂竞争螯合后对金属蛋白热稳定性的影响，开发了基于热稳定性变化的发现金属结合蛋白的新方法“METAL-TPP”（Metal Extraction Triggered Agitation Logged by Thermal Proteome Profiling）。