多巴胺化修饰，即多巴胺与蛋白质中谷氨酰胺侧链的共价连接，代表了一类新近被鉴定的翻译后修饰。由于底物鉴定有限，与多巴胺化修饰相关的功能及分子机制在很大程度上仍未阐明。
2026年5月8日，上海交通大学莫茜，刘宇，杨雯隽，张书宇和中国科学技术大学臧建业共同通讯在Nature Chemical Biology在线发表题为Chemoproteomic profiling reveals histone H4 dopaminylation inhibiting cell growth的研究论文。该研究利用炔基功能化的多巴胺探针，开发了一种在全细胞系统中选择性富集多巴胺化蛋白的方法。
该方法提供了包含4,133个多巴胺富集候选蛋白的全面资源，并通过酸可裂解标签的肽段水平分析，鉴定出1,181个推定多巴胺化蛋白，其中包括组蛋白H4在Q27位点的多巴胺化修饰（H4Q27dop），作者进一步验证了该修饰。在功能上，H4Q27dop在神经母细胞瘤模型中作为转录抑制因子发挥作用，它阻断CEBPD在CCND1启动子区的结合，导致CCND1的转录下调，并继而抑制细胞增殖。
该研究结果既提供了多巴胺化底物蛋白的宝贵资源，也揭示了多巴胺调控神经母细胞瘤细胞生长的独特分子机制。
多巴胺是一种神经递质，对于调节运动功能、大脑奖赏系统、血管张力以及神经-免疫通信至关重要。然而，新近的证据表明，它在激素释放和胃肠蠕动等生物过程中也发挥着更广泛的作用。多巴胺信号失调还通过其与多巴胺受体（DRs）的交互作用、激活非氧依赖的HIF1α通路或诱导活性氧生成而参与肿瘤进展，这凸显了其多样的生理及病理作用。
除信号传导功能外，多巴胺还可通过一种称为多巴胺化的过程共价连接到底物蛋白上。这种翻译后修饰由转谷氨酰胺酶（TGM）介导，该酶催化多巴胺与谷氨酰胺残基的γ-羧酰胺基团连接。尽管早在2003年的早期研究已为小GTP酶的多巴胺化提供了间接证据，但对其他底物以及多巴胺化生物学功能的了解仍然有限。
组蛋白H3在Q5位点多巴胺化（H3Q5dop）的发现与成瘾性药物诱导的转录可塑性相关，这重新激发了人们对这种翻译后修饰的兴趣。然而，在药物成瘾之外，非组蛋白底物及其功能的鉴定在很大程度上仍未得到探索。全面鉴定其天然细胞环境中的多巴胺化蛋白，对于增进对多巴胺化生物学功能及机制的理解至关重要。
图1.全文总结图（摘自NatureChemical Biology）
组蛋白H3多巴胺化的鉴定基于合理的假设，而大多数其他多巴胺化蛋白则是通过使用单胺衍生物单丹磺酰尸胺（MDC）进行通用筛选而发现的。鉴定这种特定修饰的挑战源于其他生物源胺类（如5-羟色胺和组胺）的高丰度，这些物质也含有伯氨基。
虽然基于抗体的富集策略（尤其是使用泛多巴胺化抗体的方法）将非常有效，但目前尚缺乏此类工具。因此，迫切需要替代方法来全面分析多巴胺化蛋白的图谱，并阐明其生理和病理作用。
基于活性的蛋白质谱分析涉及安装功能基团以探测酶蛋白，已成为化学蛋白质组学中的强大工具，能够鉴定翻译后修饰底物。在本研究中，作者开发了一种新型多巴胺衍生探针，用于分析活细胞中的多巴胺化蛋白。结合质谱分析，该方法在全细胞系统中通过作者的探针鉴定出4,133个候选蛋白和3,288条修饰肽段。
在这些底物中，作者验证了组蛋白H4在Q27位点的多巴胺化（H4Q27dop），这是一种普遍存在于不同组织和细胞系中的修饰。功能分析揭示，H4Q27dop在神经母细胞瘤细胞中介导转录抑制和生长抑制，其作用部分通过下调关键细胞周期调节因子CCND1实现。从机制上讲，这种修饰破坏了CEBPD在CCND1启动子上的结合，从而限制了其转录激活。
这些发现提供了全面且具底物特异性的多巴胺化蛋白列表，并在组蛋白H4多巴胺化与神经母细胞瘤肿瘤抑制之间建立了新的联系。
参考消息：https://www.nature.com/articles/s41589-026-02225-x