活细胞中基于去硫生物素连接酶（DESTNI）的空间代谢组学

邻近标记技术通过在活细胞中实现区室分辨的蛋白质环境绘制，改变了空间蛋白质组学；然而，其向小分子代谢物的扩展尚未得到证明，这可能是由于标记化学以及被标记代谢物鉴定方面的局限性所致。在此，我们介绍了DESTNI——一种通过定向进化由TurboID衍生而来的工程化去硫生物素（DTB）连接酶，并建立了一个用于含胺代谢物空间分辨分析的平台。基于酵母展示系统的定向进化策略获得了具有高效DTB依赖性反应活性的DESTNI，使其能够在多样化的亚细胞环境中实现稳健且区室特异性的邻近标记。为鉴定DTB修饰的氨基代谢组，我们开发了一种整合分析框架，结合DTB修饰的氨基代谢物标准品、体外DESTNI分析以及计算机模拟的MS/MS预测，从而实现对DTB修饰氨基代谢物的系统性注释。为将这一化学策略扩展至代谢物，我们结合了合成的DTB偶联代谢物参考标准品、体外DESTNI反应性代谢物发现，以及对DTB衍生化代谢物和寡肽的机器学习预测。靶向细胞器的DESTNI可重复地回收区室富集的氨基代谢物特征，包括线粒体基质富集的甘氨酸、5-氨基乙酰丙酸、鸟氨酸和亚精胺加合物，以及细胞核富集的γ-氨基丁酸和5-氨基戊酸加合物。总之，这项工作确立了DESTNI作为一种连接空间蛋白质组学与代谢组学的邻近标记平台，并为绘制活细胞内亚细胞生化环境提供了一种通用策略。

邻近标记技术通过在活细胞中实现蛋白质环境的区室分辨绘制，改变了空间蛋白质组学；然而，其向小分子代谢物的扩展尚未得到证明，这可能是由于标记化学及已标记代谢物鉴定方面的局限性所致。在此，我们介绍了DESTNI——一种通过定向进化由TurboID衍生得到的工程化脱硫生物素（DTB）连接酶，并建立了一个用于含胺代谢物空间分辨分析的平台。基于酵母展示系统的定向进化策略获得了具有高效DTB依赖性反应活性的DESTNI，使其能够在多样的亚细胞环境中实现稳健且区室特异性的邻近标记。为了鉴定DTB修饰的氨基代谢组，我们开发了一个整合分析框架，将DTB修饰的氨基代谢物标准品、体外DESTNI分析以及计算机模拟MS/MS预测相结合，从而实现对DTB修饰氨基代谢物的系统性注释。为将这种化学方法扩展至代谢物，我们结合了合成的DTB偶联代谢物参考标准、体外DESTNI反应性代谢物发现，以及对DTB衍生化代谢物和寡肽的机器学习预测。靶向细胞器的DESTNI回收了具有良好可重复性的区室富集氨基代谢物特征，包括线粒体基质富集的甘氨酸、5-氨基乙酰丙酸、鸟氨酸和亚精胺加合物，以及细胞核富集的γ-氨基丁酸和5-氨基戊酸加合物。总之，本研究确立了DESTNI作为一种连接空间蛋白质组学与代谢组学的邻近标记平台，并为绘制活细胞内亚细胞生化环境提供了一种通用策略。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.05.736296v1?rss=1

🏷️ 空间代谢组学 邻近标记 活细胞成像 定向进化酶 亚细胞区室 质谱鉴定