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Deciphering endogenous SUMO-1 landscape: a novel combinatorial peptide enrichment strategy for global profiling and disease association

Xiaoyu Zhang, Bowen Zhong, Yue Sun, Dan Liu, Xiancheng Zhang, Dongdong Wang, Cunli Wang, Huiling Gao, Manli Zhong, Haijuan Qin, Yang Chen, Zhiying Yang, Yan Li, Haijie Wei, Xindi Yang, Yukui Zhang, Bo Jiang,* Lihua Zhang,* and Guangyan Qing*

Chem. Sci., 2024, 10.1039/D4SC07379G.

原文链接：https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2025/SC/D4SC07379G

近日，我所生物技术研究部生物分离与界面分子机制研究组（1824组）卿光焱研究员团队和生物分子高效分离与表征研究组（1810组）张丽华研究员、江波副研究员团队，在蛋白质SUMO化研究方面取得新进展，开发了一种基于噬菌体表面展示技术新型的肽基富集技术，为SUMO-1修饰蛋白质组学研究提供了全新的工具，填补了SUMO-1精准富集领域的空白，为揭示SUMO修饰的生物学及疾病机制奠定了坚实基础。

SUMO修饰是细胞内重要的翻译后修饰之一，对蛋白质稳定性、功能调控以及信号通路至关重要。SUMO化异常与癌症、神经退行性疾病等密切相关，尽管SUMO-2/3的研究已相对深入，SUMO-1这一独特亚型却因其低丰度和缺乏特异性富集技术而长期未被充分解析。传统基于抗体的富集方法受到特异性、灵敏度及可重复性的限制，而SUMO-1抗体的稀缺更进一步阻碍了其系统性研究。因此，建立富集鉴定SUMO-1修饰的方法、深入理解SUMO介导的细胞过程及其在疾病中的潜在作用至关重要。本研究首次采用噬菌体展示技术精准筛选出针对SUMO-1特异性C端片段的线性和环状肽配体，并结合先进的抗黏附高分子材料，开发了首个SUMO-1人工富集材料，提出了一种基于新型肽富集技术的组合策略。通过此策略，研究团队不仅在HeLa细胞中鉴定了1,312个SUMO-1修饰位点，还首次在阿尔兹海默症（AD）模型小鼠脑组织中鉴定出1,365个修饰位点及991个修饰蛋白，比此前研究的总量提高近10倍。成功揭示SUMO-1修饰在AD模型小鼠大脑中的显著上调现象，提供了与疾病机制相关的新线索，展示了新型肽富集技术在蛋白质组学中的广阔应用前景。该研究不仅为SUMO-1修饰组学的研究开辟了新思路，还为揭示SUMO修饰的生物学意义及其与疾病的关联提供了重要工具。

在该研究中，卿光焱团队主要负责肽配体的筛选及材料开发工作，而张丽华团队则专注于SUMO-1修饰蛋白质组的鉴定与功能解析。通过紧密合作，团队实现了从方法学开发到疾病机制研究的无缝衔接，为SUMO修饰领域带来了前所未有的研究深度。这一研究成果不仅显著推动了SUMO修饰研究的技术前沿，还为疾病诊断及治疗的探索提供了新方向。例如，肽配体未来可应用于SUMO-1靶向药物传递系统、成像探针以及蛋白质组学富集材料的优化设计。研究团队目前已启动全SUMO修饰组学研究，旨在揭示SUMO家族其他成员的生物学功能及其与疾病的关联。

    相关成果发表在《化学科学》（Chem. Sci., DOI: 10.1039/D4SC07379G）上。该工作的第一作者是我所1824组博士后张晓雨和1810组博士生钟博文，通讯作者是卿光焱、张丽华研究员及江波副研究员。上述研究工作得到国家自然科学基金、我所创新特区组启动基金、兴辽英才计划等项目的支持。（文/图 张晓雨）