3月11日，華中科技大學生命科學與技術學院薛宇教授研究團隊在Science Bulletin雜志上發表了題為“Using bioinformatic resources for a systems-level understanding of phosphorylation”專家評介文章，詳細論述了利用生物信息學資源，從系統層面理解蛋白質磷酸化修飾的研究進展與面臨挑戰，為今后運用多學科交叉研究手段，探索生命科學中的化學代碼及其調控規律提供了有價值的線索。

蛋白質磷酸化是真核生物中研究最深入的翻譯后修飾之一，通過改變蛋白質的穩定性、催化活性、相互作用等方式，參與調控細胞增殖、分化、自噬等重要生命活動，從而決定細胞命運的可塑性。如何從系統層面理解磷酸化修飾功能與生物學效應，解析化學修飾的分子機制與調控規律是當前生命科學領域的研究熱點與難點。傳統上，由于缺乏高通量組學技術，生物學家通常集中于研究有限數量蛋白質中磷酸化修飾的調控機制。隨著蛋白質組學鑒定技術的出現，磷酸化組學極大地推動了蛋白質翻譯后修飾生物信息學的發展，為數據庫構建和算法設計提供了極為寶貴的大數據。開發與構建大量的生物信息學資源，促進了對磷酸化修飾的系統層面理解，包括但是不限于單個蛋白質中磷酸化分析，生物過程中關鍵蛋白激酶鑒定，激酶特異性靶向藥物的確定，以及激酶下游信號事件的闡明。在每種不同生理病理條件下，生物信息學分析為高效發現新生物學知識提供了有力線索。

圖1 (a) 預測激酶特異性磷酸化位點的GPS算法開發；(b) 基于磷酸化組的關鍵蛋白激酶分析流程構建與實驗發現

鑒于已開發眾多數據庫和生物信息學工具，如何利用這些資源實現從系統水平理解磷酸化修飾已經成為一個當前巨大的挑戰。對于生物學家而言，首先經常遇到的問題是如何在特定生理病理過程中鑒定重要磷酸化蛋白質及其上游蛋白激酶。薛宇教授研究團隊自2004年起開發GPS系列算法用于激酶特異性磷酸化位點預測分析，幫助實驗學家發現關鍵功能激酶及磷酸化底物（圖1a）。第二個問題是如何在缺乏先驗知識的情況下，識別與磷酸化相關的生物學過程中關鍵蛋白激酶。磷酸化修飾具有高度選擇性及動態性，難以直接監測。薛宇教授研究團隊設計修飾組數據分析流程，利用底物磷酸位點變化反推蛋白激酶活性變化，與實驗學家合作揭示了參與晝夜節律、細胞自噬及肝臟轉分化等生命過程中的關鍵調控激酶（圖1b）。第三個問題是蛋白激酶分析預測如何有助于人類健康和疾病治療。迄今為止，已有50多種獲得FDA批準的藥物用于抑制蛋白激酶。在未來研究中，生物信息學輔助策略可能有助于新藥設計和藥物重定位，開發基于靶向激酶的治療藥物。第四個問題是如何精確鎖定功能蛋白激酶的下游重要信號通路。伴隨著生命組學技術的飛速發展，整合轉錄組、代謝組等組學數據分析，將加速下游磷酸化信號通路的鑒定與發現。

論文第一作者為華中科技大學生命科學與技術學院青年教師彭迪，通訊作者為華中科技大學生命科學與技術學院薛宇教授。該研究獲得了科技部重點研發計劃、國家自然科學基金、湖北省創新群體及湖北省博士后優秀人才跟蹤支持計劃的支持。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.01.032


（文章來源：www.ebiotrade.com/newsf/2024-3）