《细胞》：秦为等开发新型邻近蛋白质组学技术TransitID，分析细胞内和细胞间的蛋白动态转运

北京时间2023年6月28日晚，美国斯坦福大学Alice Y. Ting课题组在Cell杂志上发表文章“Dynamic mapping of proteome trafficking within and between living cells by TransitID”。作者通过结合两种正交的邻近标记酶，开发了一套新型邻近蛋白质组学技术TransitID，可以实现细胞内和细胞间转运蛋白的大规模动态分析。

论文第一作者为博士后秦为（目前为清华大学特别研究员）和博士研究生Joleen Cheah。

大城市内的地铁线路错综复杂，每天不同的人会从一个站点通勤到另一个站点，承担着自己的社会责任。细胞内的蛋白质在时间和空间等维度上也是高度动态的，很多蛋白会在不同的细胞器之间甚至是不同的细胞之间进行转运和交流，介导着细胞内的多种生物学功能。然而目前还缺乏蛋白质组学技术可以在活细胞水平上系统无偏差地分析蛋白质的动态转运过程。邻近标记技术在近十年被广泛应用于鉴定特定细胞区域内的组成蛋白[1]，但局限于单个时间点的静态信息，无法解析活细胞内的蛋白质时空动态过程。

TransitID技术中是将邻近标记酶TurboID[2]表达在起始区域，APEX2[3]表达在终点区域。首先10-60分钟的生物素处理使起始区域内的蛋白带上生物素修饰，停止标记后等待特定时间，当蛋白转运到终点区域后，在终点区域进行APEX+炔基苯酚标记使终点区域蛋白带上炔基修饰。在此条件下，同时带有生物素和炔基两种修饰的蛋白一定是从起点区域跑到终点区域的蛋白。因此本文作者进一步发展了一个基于串联富集的样品制备流程，分别基于荧光素抗体免疫沉淀和链霉亲和素富集，从蛋白质组中特异性地捕捉带有两种修饰的蛋白进行后续的定量蛋白质组学分析。

作者首先将TransitID应用于鉴定从细胞质跑到线粒体内的蛋白，发现该方法能够高效地捕捉核基因编码的线粒体蛋白，而不会捕捉到线粒体DNA编码的蛋白，证明TransitID具有不错的特异性。同时，作者区分了分别起始于线粒体外膜和细胞质的线粒体蛋白，探索了线粒体局部翻译的潜在底物范围。另外，作者将该方法应用于分析从细胞质到细胞核的转运蛋白，以及它们在氧化压力条件下的动态变化。作者也因此发现了一百多个在压力条件下转运受到严重抑制的蛋白，其中包括了大量的应激颗粒组成蛋白，因此这些本来应该前往细胞核的蛋白在压力条件下选择奔赴到应激颗粒中。

作者进一步将TransitID应用于分析应激颗粒和核仁之间在不同压力条件下的蛋白质交流情况，由于这两个细胞器是无膜包裹且高度动态的，这对TransitID的时空分辨率是个不小的挑战。因此，作者在起始区域使用了光控的LOV-Turbo[4]进行标记，成功鉴定了在压力条件下从细胞核仁/细胞核到应激颗粒的蛋白，以及在压力恢复过程从应激颗粒到细胞核仁/细胞核的蛋白。其中作者发现了转录因子JUN会在压力条件下出核进入到应激颗粒中，然后在压力恢复过程中快速回到细胞核中。通过一系列的生化实验，作者发现应激颗粒可以保护JUN在压力条件下免于聚集和降解，这样在压力恢复过程中可以更快地回到细胞核中重启其转录活性，表达出更多的细胞周期调控蛋白以及JUN本身促进细胞在压力后的恢复。

除了细胞内的蛋白转运，作者进一步将TransitID拓展至分析细胞与细胞之间的蛋白转运。在肿瘤微环境中肿瘤细胞与周围的免疫细胞以及上皮细胞等都存在着广泛的蛋白交流，包括外泌体，纳米管以及非经典分泌等多种途径。利用TransitID，作者成功鉴定到了60多个从癌细胞细胞质转移到巨噬细胞细胞质的蛋白，并同时区分了他们潜在的转运途径。以上的研究证明TransitID具有广阔的应用前景。

秦为博士已全职加入清华大学药学院，任助理教授、特别研究员，同时兼任清华-北大生命科学联合中心研究员。秦为课题组将长期致力于发展新型化学生物学工具，并结合定量蛋白质组学技术，深入研究蛋白质动态，相互作用以及翻译后修饰等重要生物学问题。秦为课题组现招聘博士后2-3名，具有化学生物学，生物机制研究和动物实验等背景的优先考虑，详情可参考实验室网站thu-qin-lab.org并联系weiqin@tsinghua.edu.cn，本招聘长期有效。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.05.044

转自：“小柯生命”微信公众号

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