Neuron | 突破！骆利群院士团队开发获取哺乳动物细胞表面原位蛋白质组的新方法

细胞表面蛋白(CSPs)，包括分泌蛋白和跨膜蛋白，在整个身体中介导这些相互作用，从发育中的胚胎到衰老的器官系统。然而，对于脊椎动物组织中特定细胞类型的CSP定量分析，目前仍缺乏有效方法。

2022年10月10日，美国斯坦福大学与霍华德休斯医学研究所的骆利群团队在Neuron 杂志在线发表题为“In situ cell-type-specific cell-surface proteomic profiling in mice”的研究论文，该研究提出了通过细胞外原位标记提取细胞表面蛋白质组 (in situ cell-surface proteome extraction by extracellular labeling, iPEEL) 的方法。这是一种在小鼠中利用临近酶标记方的法，能够在原生组织的细胞类型特异性环境中对细胞表面蛋白质组进行时空精确标记和分析。

该研究还将iPEEL方法应用于发育中的和成熟的小脑浦肯野（Purkinje）细胞，确定了Armh4在浦肯野细胞树突形态发生中的关键、多方面的作用。

像哺乳动物神经系统这样的复杂组织需要它们的组成细胞类型之间高度协调的相互作用。细胞表面蛋白 (CSPs) 在多细胞生物的生命过程中介导细胞间通信。从肽激素的鉴定到神经发育和发现免疫系统功能的调节剂，CSPs的生化鉴定促使了许多具有里程碑意义的发现。分析细胞表面蛋白质组将极大地促进不同组织和生理状态下细胞-细胞相互作用的研究。

CSP图谱已经在分离的哺乳动物细胞中实现，但缺乏体内组织发育和功能所需的原生细胞-细胞相互作用的相关技术。最近的方法是利用新工程的接近标记酶来分析两种细胞类型之间的界面蛋白质或分泌途径中的蛋白质，但还没有以细胞类型特异性的方式分析原生组织中哺乳动物细胞表面蛋白质组的一般方法。

尽管单细胞RNA测序技术为通过分离活组织获得的特定细胞类型的RNA表达提供了详细的见解，但转录组和蛋白质组仅有一定程度的相关性，因此很难从转录组中预测蛋白质水平。

这项研究提出了通过细胞外标记原位细胞提取表面蛋白质组 (iPEEL) 的方法，该方法将一种临近标记酶定位于转基因小鼠中特定细胞类型的细胞表面，以实现细胞表面蛋白质组的时空精确分析。

研究人员在果蝇身上开发的一种类似iPEEL的方法，它使我们能够在果蝇的嗅觉回路中发现新的连接分子，并演示了CSPs在执行转录因子的传递命令时的组合作用。

不仅如此，研究人员还展示iPEEL可以在不同的哺乳动物组织中高效地进行细胞表面标记。应用iPEEL分析小脑浦肯野细胞的CSPs，发现在发育中的和成熟的小脑浦肯野细胞中选择性富集不同种类的CSPs，尽管在两个时间点高度富集的CSPs有大量重叠。

进一步通过对树突形态发生的候选调控因子进行了蛋白质组定向的体内筛选，确定了Armadillo类螺旋结构域蛋白4 (Armadillo-like helical domain-contain protein 4, Armh4) 在浦肯野细胞树突形态发生中的关键作用。Armh4是一种在神经系统中没有已知功能的蛋白质，过表达Armh4会破坏树突形态发生，这种作用需要其保守的细胞质结构域，并通过破坏其内吞作用而增强。

研究概述（图源自Neuron ）

总的来说，该研究报道了一种具有时空精度的小鼠组织中细胞类型特异性细胞表面蛋白质组分析的灵活方法。这些结果证明了原生组织中细胞表面蛋白质组学分析在确定不同实验条件下，细胞表面蛋白库的关键变化和识别细胞表面信号事件的新调控因子方面的潜力，强调了原生哺乳动物组织中CSP谱分析在识别细胞表面信号调节因子方面的效用。

骆利群实验室的博士生俞安洋（Andrew Shuster）和李介夫为本文的共同第一作者。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.neuron.2022.09.025

转自：“iNature”微信公众号

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