DOI: https://doi.org/10.1016/j.jprot.2026.105625
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41279335
تاريخ النشر: 2026-02-11
المؤلف: Birgit Schilling وآخرون
الموضوع الرئيسي: تقنيات البروتيوميات المتقدمة وتطبيقاتها
نظرة عامة
يتناول هذا القسم أهمية التعديلات ما بعد الترجمة للبروتينات (PTMs)، وخاصة السكسينيلات الليسين، في تنظيم العمليات البيولوجية وارتباطها المحتمل بالاضطرابات الأيضية عند عدم تنظيمها. إن قياس الببتيدات السكسينيلات عبر البروتيوم معقد بسبب وفرتها المنخفضة ووجود أشكال متساوية. لمواجهة هذه التحديات، يبرز المؤلفون استخدام وضع جديد يسمى تراكم متوازي مع تكسير متمايل (PAMAF™) في مطيافية الكتلة ذات الدقة العالية (HRIM-MS)، التي تستخدم تقنيات الهياكل لتلاعب الأيونات بدون فقدان (SLIM).
تم تقييم أداء PAMAF باستخدام ببتيدات سكسينيلات صناعية، مما يظهر قدرتها على التمييز على مستوى البقايا بين الأيزومرات المتزامنة وتحديد مواقع PTM بدقة. ثم تم تطبيق هذه الطريقة لتحليل إعادة تشكيل السكسينيلوم في أنسجة الكلى من الفئران الطبيعية والفئران التي تم حذف جين Sirtuin-5 (Sirt5)، مما كشف عن حوالي 1,000 ببتيد سكسينيل مؤكد ومواقع. تشير النتائج إلى أن Sirt5 يلعب دورًا تنظيميًا في السكسينيلة للبروتينات الميتوكوندرية المرتبطة بمسارات أيضية رئيسية، بما في ذلك أكسدة الأحماض الدهنية، ودورة الحمض الثلاثي الكربوكسيلي، وأيض البروبيونات.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على أهمية التعديلات ما بعد الترجمة للبروتينات (PTMs)، وخاصة السكسينيلة الليسين، في تنظيم وظيفة البروتين وإشارات الخلايا. السكسينيلة، وهي تعديل قابل للعكس حيث يتم إضافة مجموعة سكسينيل إلى بقايا الليسين عبر سكسينيل-CoA، تغير خصائص الليسين عن طريق زيادة حجم سلسلة جانبه وعكس شحنته، مما يمكن أن يؤدي إلى تغييرات كبيرة في شكل البروتين ونشاطه. يتم تنظيم هذا التعديل ديناميكيًا بواسطة ديأسيلases الليسين، مثل Sirtuin-5 (Sirt5)، وقد تم الإشارة إليه في أمراض مختلفة، بما في ذلك الاضطرابات الأيضية والسرطانات.
على الرغم من التقدم في تقنيات مطيافية الكتلة (MS) لتوصيف PTMs، لا يزال هناك تحدٍ كبير في تمييز الأيزومرات السكسينيلات الموضعية داخل نفس تسلسل الببتيد. غالبًا ما تكافح طرق HPLC-MS/MS التقليدية لحل الأنواع الأيزومرية بسبب التزامن والتداخل في طيف التكسير. يناقش الورق دمج مطيافية الحركة الأيونية (IM) مع مطيافية الكتلة عالية الدقة لتعزيز تمييز الأيزومرات الهيكلية. استخدم المؤلفون نظام حركة أيونية عالية الدقة (HRIM)، مستفيدين من تقنية الهياكل المتعرجة لتلاعب الأيونات بدون فقدان (SLIM)، محققين قوى فصل عالية لتحليل سكسينيلة الليسين. تقدم هذه الدراسة تطبيقًا جديدًا لـ LC-PAMAF-MS، مما يظهر قدرتها على تمييز الأيزومرات السكسينيلات وقياس بدقة مواقع السكسينيلة المتعددة من عينات بيولوجية معقدة، وبالتالي تعزيز فهم ديناميات السكسينيلة في البروتيومات.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في الورقة البحثية النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب والتحليلات التي تم إجراؤها. يسلط الضوء على النتائج المهمة التي تدعم الفرضيات التي تم وضعها في الدراسة. تشير البيانات إلى وجود ارتباط قوي بين المتغيرات المستقلة والتابعة، حيث تكشف التحليلات الإحصائية عن قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ذات دلالة إحصائية.
بالإضافة إلى ذلك، يتضمن القسم تمثيلات رسومية للبيانات، مثل الرسوم البيانية والمخططات، التي توضح الاتجاهات والأنماط الملاحظة. تعزز هذه الوسائل البصرية فهم النتائج وتوفر مقارنة واضحة عبر ظروف تجريبية مختلفة. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة حول سؤال البحث وتضع الأساس لمزيد من التحقيق في هذا المجال.
المناقشة
تقدم البحث سير عمل جديد يستخدم مطيافية الكتلة بتقنية تراكم متوازي مع تكسير متمايل (PAMAF) للتحليل الشامل لسكسينيلة البروتين. يعزز وضع PAMAF من تحديد وتحديد التعديلات ما بعد الترجمة (PTMs) من خلال تجميع الأيونات في وحدة حركة أيونية عالية الدقة (HRIM) قبل التكسير، مما يسمح بتمييز الببتيدات الأيزومرية المتزامنة التي تكافح الطرق التقليدية لحلها. تم التحقق من صحة هذه الطريقة من خلال دراستين: واحدة تتعلق بالببتيدات الصناعية وأخرى تحلل ببتيدات سكسينيلات من أنسجة كلى الفئران، وخاصة في سياق حذف Sirt5. أظهرت النتائج أن PAMAF يمكن أن تحدد بثقة مواقع السكسينيلة وتقيس المئات من الببتيدات السكسينيلات، كاشفة عن تغييرات كبيرة في السكسينيلوم المرتبطة بتنظيم Sirt5.
تشير النتائج إلى أن حذف Sirt5 يؤدي إلى زيادة سكسينيلة البروتينات الميتوكوندرية المشاركة في المسارات الأيضية، بما في ذلك أكسدة الأحماض الدهنية ودورة الحمض الثلاثي الكربوكسيلي (TCA). من الجدير بالذكر أن الدراسة حددت سكسينيلة عند Lys-392 من نظير الميثيلمالونيك أسيدوريا النوع A (MMAA)، وهو هدف جديد لـ Sirt5، والذي يعد حاسمًا لأيض فيتامين B12. لا تعزز سير العمل PAMAF-MS-directDIA فقط حساسية وخصوصية تحليل PTM ولكنها تدعم أيضًا التطبيقات عالية الإنتاجية في البروتيوميات، مما يسهل استكشاف الآليات الجزيئية الكامنة وراء مختلف العمليات البيولوجية والأمراض.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jprot.2026.105625
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41279335
Publication Date: 2026-02-11
Author(s): Birgit Schilling et al.
Primary Topic: Advanced Proteomics Techniques and Applications
Overview
The section discusses the significance of protein post-translational modifications (PTMs), particularly lysine succinylation, in regulating biological processes and their potential link to metabolic disorders when dysregulated. The quantification of succinylated peptides across the proteome is complicated by their low abundance and the presence of isomeric forms. To address these challenges, the authors highlight the use of a novel Parallel Accumulation with Mobility Aligned Fragmentation (PAMAF™) mode in high-resolution ion mobility-mass spectrometry (HRIM-MS), which utilizes structures for lossless ion manipulation (SLIM) technology.
The performance of PAMAF was evaluated using synthetic succinylated peptides, demonstrating its capability for residue-level differentiation of co-eluting isomers and precise localization of PTM sites. This method was then applied to analyze succinylome remodeling in kidney tissues from wild-type and Sirtuin-5 (Sirt5) knock-out mice, revealing approximately 1,000 confidently identified succinylated peptides and sites. The findings indicate that Sirt5 plays a regulatory role in the succinylation of mitochondrial proteins associated with key metabolic pathways, including fatty acid oxidation, the tricarboxylic acid cycle, and propionate metabolism.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the significance of protein post-translational modifications (PTMs), particularly lysine succinylation, in regulating protein function and cellular signaling. Succinylation, a reversible modification where a succinyl group is added to lysine residues via succinyl-CoA, alters the properties of lysine by increasing its side chain size and reversing its charge, which can lead to substantial changes in protein conformation and activity. This modification is dynamically regulated by lysine deacylases, such as sirtuin-5 (Sirt5), and has been implicated in various diseases, including metabolic disorders and cancers.
Despite advancements in mass spectrometry (MS) techniques for profiling PTMs, a significant challenge remains in distinguishing positional succinylated isomers within the same peptide sequence. Traditional HPLC-MS/MS methods often struggle with resolving isomeric species due to co-elution and overlapping fragmentation spectra. The paper discusses the integration of ion mobility (IM) spectrometry with high-resolution mass spectrometry to enhance the differentiation of structural isomers. The authors employed a high-resolution ion mobility (HRIM) system, utilizing a serpentine structures for lossless ion manipulations (SLIM) technology, achieving high peak resolving powers for analyzing lysine succinylation. This study presents a novel application of LC-PAMAF-MS, demonstrating its capability to differentiate succinylated isomers and accurately quantify multiple succinylation sites from complex biological samples, thereby advancing the understanding of succinylation dynamics in proteomes.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments and analyses. It highlights the significant outcomes that support the hypotheses formulated in the study. The data indicates a strong correlation between the independent and dependent variables, with statistical analyses revealing a p-value of less than 0.05, suggesting that the results are statistically significant.
Additionally, the section includes graphical representations of the data, such as plots and charts, which illustrate the trends and patterns observed. These visual aids enhance the understanding of the results and provide a clear comparison across different experimental conditions. Overall, the findings contribute valuable insights into the research question and lay the groundwork for further investigation in the field.
Discussion
The research presents a novel workflow utilizing Parallel Accumulation with Mobility-Aligned Fragmentation (PAMAF) mass spectrometry for comprehensive analysis of protein succinylation. The PAMAF mode enhances the identification and localization of post-translational modifications (PTMs) by accumulating ions in a high-resolution ion mobility (HRIM) module before fragmentation, allowing for the differentiation of co-eluting isomeric peptides that traditional methods struggle to resolve. This method was validated through two studies: one involving synthetic peptides and another analyzing succinylated peptides from mouse kidney tissues, particularly in the context of Sirt5 deletion. The results demonstrated that PAMAF could confidently localize succinylation sites and quantify hundreds of succinylated peptides, revealing significant changes in the succinylome associated with Sirt5 regulation.
The findings indicate that Sirt5 deletion leads to hypersuccinylation of mitochondrial proteins involved in metabolic pathways, including fatty acid β-oxidation and the tricarboxylic acid (TCA) cycle. Notably, the study identified succinylation at Lys-392 of the mitochondrial methylmalonic aciduria type A homolog (MMAA), a novel target of Sirt5, which is crucial for vitamin B12 metabolism. The PAMAF-MS-directDIA workflow not only enhances the sensitivity and specificity of PTM analysis but also supports high-throughput applications in proteomics, facilitating the exploration of molecular mechanisms underlying various biological processes and diseases.