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Affinity peptide ligands: New tools for chasing non-canonical N-phosphoproteome

He Wang, Xiaoyu Zhang, Dongdong Wang, Qianqian Jiang, Yue Sun, Baofeng Zhao, Zhen Liang, Guangyan Qing*, Bo Jiang*, Lihua Zhang and Yukui Zhang

Chem. Sci., 2025, DOI: 10.1039/D5SC01557J

文章链接: https://doi.org/10.1039/D5SC01557J

近日，我组和生物分子高效分离与表征研究组（1810组）张丽华研究员、江波副研究员团队合作，在蛋白质N-磷酸化修饰研究方面取得重要进展。研究团队基于噬菌体展示技术，筛选获得了首个可特异识别N-PO₃基团的亲和肽配体，并进一步开发出首个无机溶剂和金属离子参与的N-磷酸肽富集材料，实现对非典型N-磷酸化蛋白质组的高效富集与高深度分析。

      N-磷酸化（N-phosphorylation）是一种重要而少被研究的翻译后修饰，广泛存在于组蛋白修饰、信号转导、代谢调控等生命过程中。由于N-P键的化学不稳定性，其修饰位点极易水解，长期以来缺乏有效的富集策略，严重阻碍了其生物学功能的系统性解析。为克服该难题，合作团队创新性地利用噬菌体展示技术，精准筛选出可高效识别N-磷酸肽段的肽配体，并通过共价修饰固定在磁性琼脂糖材料表面，建立了一个高选择性、高重现性的富集体系，在中性条件下即可完成N-磷酸肽的高效富集和质谱检测。

      通过该策略，研究团队在多种复杂样本中成功描绘了非典型N-磷酸化修饰的全景图谱。在HeLa细胞中共鉴定出2,876个N-磷酸化位点（包括pHis、pLys和pArg），为现有数据深度的2至5倍；在大肠杆菌中亦捕获308个位点，显著提升了微生物样本中修饰的检测通量。特别值得一提的是，研究团队首次在细胞核亚细胞组学层面系统描绘N-磷酸修饰网络，揭示其在DNA修复、染色质重塑、转录调控等关键生物过程中具有重要功能。同时，研究还将该策略应用于阿尔兹海默症（AD）小鼠模型脑组织，发现多个Tau蛋白和神经细胞骨架相关蛋白的N-磷酸修饰发生显著上调，提示该修饰与AD发病机制密切相关，为神经退行性疾病研究提供了新的生物标志物线索。该工作是目前国际上首个提出且实现无金属离子、无有机溶剂的N-磷酸化富集策略，为N-磷酸化修饰的系统研究提供了关键工具，同时为PTM研究中极具挑战性的低稳定性修饰提供了新解决思路。

  相关成果以“Affinity peptide ligands: New tools for chasing non-canonical N-phosphoproteome”为题，发表在《化学科学》（Chemical Science）上。该工作的第一作者是1810组博士研究生王鹤和我组助理研究员张晓雨。上述研究工作得到国家自然科学基金、我所创新基金等项目的支持。（文/图 张晓雨）