五种蛋白翻译后修饰送样方式,对修饰和位点检测范围的影响有多大?
所属分类: 技术干货
发布时间: 2026-07-06
概要: 想做蛋白翻译后修饰应该如何选择合适的送样方式?
无论你在研究磷酸化调控的信号开关,还是泛素化决定的蛋白降解,迟早会面临一个选择:我要怎么看手上这个蛋白的翻译后修饰(PTM)?
是找服务商做一次靶向蛋白修饰鉴定,还是送一批细胞、组织去做定量修饰组学?
这个决定,和你准备以什么形式送样,会直接决定鉴定到的修饰类型、位点数量、定量能力,以及最后能讲出怎样的生物学故事。
我曾花不少时间在PubMed、Protocols.io和Biostars上搜索“best way to submit PTM samples for mass spectrometry”,也反复比对Thermo、IBA等厂家的技术指南。
下面把我梳理的框架分享给大家,并给出一个在常见实验室条件下非常实用的送样优先级排序。
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01 两种策略的根本差异:你在看一棵树,还是一片森林?
1. 目的蛋白修饰鉴定(靶向鉴定)
只关心一个或几个目标蛋白上的修饰。
送样形式:
单一蛋白胶条、亲和纯化beads、体外反应溶液。
质谱策略:
对纯化蛋白直接酶解,液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)采集,数据库搜索时开放多种可变修饰。
结果特点:
目标蛋白序列覆盖度高,可以看到该蛋白上的几乎所有类型的修饰(磷酸化、乙酰化、泛素化、氧化等),但每种修饰的位点不会太多,受限于该蛋白本身修饰的丰度和化学计量比。
2. 定量修饰组学(全局分析)
关心的是整个细胞或组织中某一类修饰的全景,例如所有磷酸化位点对外界刺激的响应。
送样形式:
细胞沉淀、组织块(通常需毫克级别蛋白量)。
质谱策略:
全蛋白提取、酶解后,用修饰特异性富集(如TiO2富集磷酸肽,K-ε-GG抗体富集泛素化肽),随后LC-MS/MS定量。
结果特点:
单次可鉴定数千至上万个修饰位点,但每个蛋白上能定量的位点通常只有1-3个(高丰度、易富集者)。而且,只能看到你选择富集的那一类修饰。
02 五种常见送样方式,对修饰和位点范围的影响到底有多大?
样品状态:
SDS-PAGE分离的蛋白条带,考马斯亮蓝或负染染色切下。
检测到的修饰及位点范围:
由于不进行任何修饰特异性富集,质谱能检测到的修饰完全取决于该修饰肽段在样品中的丰度以及离子化效率。你会同时看到高丰度的磷酸化、氧化、N端乙酰化等。但对于低化学计量比的关键调控修饰(如信号诱导的单泛素化),很可能漏检。
根据经典的胶内酶解方案,从一条清晰的CBB染色条带出发,能稳定获得60-90%的序列覆盖,并鉴定到数个至几十个PTM位点,无修饰类型限制。
关键提示:
避免使用银染(与质谱兼容性差);固定和染色步骤可能导致半胱氨酸烷基化不彻底或天冬酰胺脱酰胺,需在搜索时设置可变修饰。
2. 亲和纯化Beads —— 更接近天然状态的修饰快照
样品状态:
连有目标蛋白的琼脂糖或磁珠,经洗涤后直接或经温和洗脱送样。
检测到的修饰及位点范围:
beads样品的优势在于纯化过程可以在温和非变性条件下完成,能最大程度保留蛋白质在细胞内的天然修饰状态(尤其是磷酸化、乙酰化等动态修饰)。
若使用3×FLAG peptide等竞争性洗脱,产物直接进入溶液,可由服务商进行蛋白酶解,操作便利且丢失少(IBA等厂家的应用指南均有详述)。
与胶条相比,beads能同时钓取与目标蛋白直接互作的伙伴,在鉴定结果中往往能看到互作蛋白上的修饰——这为机制研究提供了额外线索。但因为样品量通常不高,对于极低丰度的稀有修饰,灵敏度可能略低于浓缩的蛋白胶条。
总体而言,beads是获得目标蛋白天然修饰全景以及互作蛋白修饰的首选。
3. 体外反应溶液 —— 精准确认生化修饰的利器
样品状态:
体外激酶反应、乙酰转移酶反应、泛素化反应等混合体系,体积通常数十微升,含少量蛋白。
检测到的修饰及位点范围:
溶液成分简单,目标明确。质谱可极其灵敏地确认反应产物是否发生了预期修饰,并精准锚定位点。如果只想判断某个酶是否催化某个位点的磷酸化,从反应液里能拿到的证据直接又干净。但它无法反映细胞内复杂的修饰交叉调控,位点范围局限于你的实验设计。
4. 细胞沉淀 —— 定量修饰组学的金标准送样形式
样品状态:
PBS洗涤后速冻的细胞团块(10⁶-10⁷个细胞/样品)。
检测到的修饰及位点范围:
取足量细胞提取蛋白,经酶解和某种修饰肽段富集(如TiO2富集磷酸肽),最终质谱鉴定并定量这一类修饰的成百上千个位点。你无法同时获得其他类型的修饰信息。例如,送磷酸化组学,就算样品里乙酰化再丰富也看不到。单个目标蛋白可能被覆盖到1-2个高响应磷酸位,但整体上每个蛋白的位点覆盖远不如靶向鉴定。
细胞的优势是状态可控、重复性好,能清晰比较不同处理组间的修饰差异。这对机制研究里的“筛选底物”“寻找通路新节点”极有价值。
5. 组织样本 —— 反映真实生理环境,
但异质性和稳定性是挑战
样品状态:
新鲜组织液氮速冻,或经特定保存液处理。
检测到的修饰及位点范围:
组织样本提供的全局修饰图谱直接来源于体内环境,临床或动物模型研究的结论更扎实。
然而,组织含有多种细胞类型,修饰信号来自混合细胞群体;同时离体后磷酸酶、去乙酰化酶等仍能短时存活,导致部分动态修饰的降解或丢失。
因此,与细胞样品相比,同一类修饰组学分析中,组织样本能鉴定到的位点数目可能偏少,且定量变异度较高。不过,对于难以体外培养的终末分化细胞,组织送样是绕不开的选择。
03 如何选择?五类送样方式的优先级排序
我在这里给出一个基于“机制研究常见实验流程”的综合优先级排序,并附上决策逻辑。排序并不是绝对的,最终选择必须取决于你的科学问题所处的阶段。

快速决策路线:
中心问题是“我的蛋白上到底发生了什么修饰?” → 优先选择 Beads(或胶条)。
中心问题是 “某种刺激下,哪些蛋白的磷酸化/泛素化发生了变化?” → 优先选择 细胞沉淀进行对应修饰的定量组学。
当你需要体内证据时,再用组织样本做验证或补充。
体外反应溶液留作证明直接催化的最后一块拼图。
如果时间经费允许,一个非常高效的组合策略是:先用修饰组学(细胞/组织)筛选到感兴趣的位点,再用靶向鉴定(beads/胶条)对该蛋白的同一修饰位点进行高覆盖度的验证和补充。
04 不可忽略的技术细节(来自protocol和厂家的血泪教训)
Beads样品:
请用质谱兼容的缓冲液(如碳酸氢铵、Tris浓度<50 mM,避免不可逆去垢剂如SDS、Triton X-100残留)。若使用Flag肽洗脱,确认洗脱液不含高浓度盐或咪唑。Thermo和IBA均提供相应的buffer兼容性清单。
胶条样品:
务必超纯水配制所有溶液,切胶带口罩手套,避免角蛋白污染。一个清晰的考染条带(约1-5 μg蛋白)通常足够一次鉴定。
细胞与组织:
速冻是关键!细胞PBS洗涤两遍后弃尽上清,液氮速冻,-80℃保存;组织应在离体后30秒内液氮冻结,防止磷酸酶和去泛素化酶修饰丢失。送样时需提供足够的生物学重复(n≥3),这样定量修饰组学的统计效力才够。
进行任何修饰组学前,务必与服务商确认所需的最低蛋白量(通常1-5 mg总蛋白),以及是否支持你感兴趣的特定修饰富集。
结语
对PTM检测而言,样品质量的前期把控,其重要性绝不亚于质谱仪本身的灵敏度。
当你在Lab里费心获得那管beads或那块组织时,不妨停下想一想 —— “我最需要解答的究竟是一个蛋白的修饰密码,还是一整条通路的修饰逻辑?” 这个问题的答案,会自然指引你走向最合适的送样方式。
而当路线确定后,选择一个在靶向修饰鉴定领域技术扎实、成本可控的平台,同样决定了你能否用有限的经费和样品拿到有深度的数据。
特别是对于前面所强调的beads、胶条等靶向策略,谱度众合推出的“目的蛋白修饰鉴定”服务正是为此而生 —— 它不要求高昂的修饰基团富集成本,而是通过纯化目的蛋白,以更低成本实现结果可控的修饰全景分析。
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参考文献
1. Shevchenko A, Tomas H, Havlis J, Olsen JV, Mann M. In-gel digestion for mass spectrometric characterization of proteins and proteomes. Nat Protoc. 2006;1(6):2856-2860. doi:10.1038/nprot.2006.468
2. Rappsilber J, Mann M, Ishihama Y. Protocol for micro-purification, enrichment, pre-fractionation and storage of peptides for proteomics using StageTips. Nat Protoc. 2007;2(8):1896-1906. doi:10.1038/nprot.2007.261
3. Udeshi ND, Mani DC, Satpathy S, et al. Rapid and deep-scale ubiquitylation profiling for biology and translational research. Nat Commun. 2020;11(1):359. doi:10.1038/s41467-019-14175-1

关键词: 五种蛋白翻译后修饰送样方式,对修饰和位点检测范围的影响有多大?
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