标记系统使研究人员能够追踪活细胞中的蛋白质运输

我们DNA中的遗传计划通过蛋白质实现功能性成果，蛋白质是我们身体结构和活动的基础。然而，蛋白质组(细胞或给定区域内的所有蛋白质)仍然相对神秘，因为蛋白质景观极其复杂。例如，人类会产生数以万计的不同蛋白质。

为了帮助破译这种复杂性，斯坦福大学的研究人员团队领导了一种名为TransitID的新方法的开发，用于跟踪活细胞中蛋白质的完整活动。6月28日发表在《细胞》杂志上的一篇论文详细介绍了这种方法。

用于这项任务的现有技术，显微镜和质谱蛋白质组学，要么允许科学家一次仅研究活细胞中的少数蛋白质，要么提供死细胞中所有蛋白质的非常详细但仍然的快照。

AliceTing说：“我们的新技术可以让您结合显微镜和质谱蛋白质组学的优势，通过实际观察活体样本(包括它们移动和发挥作用时的动态)，并以公正的方式同时观察所有蛋白质。”斯坦福大学医学院遗传学教授和人文与科学学院生物学教授，也是该论文的资深作者。“以前还没有结合这些优势的方法。”

TransitID还适用于在细胞之间移动的蛋白质。在这种细节和活力水平上追踪蛋白质可以揭示有关细胞如何沟通的未知信息。此外，对于各种疾病和治疗的研究也有明显的应用，包括在癌症和神经退行性疾病领域。

“令人兴奋的是，它有如此广泛的应用，”博士乔琳·谢(JoleenCheah)说。斯坦福大学的候选人，也是该论文的共同主要作者。“我们已经收到了许多有关TransitID的询问，并与有兴趣使用它的其他实验室建立了许多合作。”

简而言之，TransitID通过标记选定起始位置和结束位置的特定半径内的所有分子来跟踪特定旅程中的所有蛋白质。首先，Ting实验室先前开发的两种酶(称为TurboID和APEX)被放置在旅程的两端。当研究人员准备好开始监测蛋白质时，他们会引入B族维生素生物素，这会导致TurboID将生物素喷洒到所有周围的分子(包括蛋白质)上，标记它们。

然后，研究人员清洗细胞中多余的生物素，并使其继续正常活动。当他们认为蛋白质有足够的时间传播时，他们就会添加化合物炔苯酚，这会在APEX端产生相同的喷雾作用。

研究人员通过分解细胞膜并分析其内容物来解释在标记位置之间移动的蛋白质的单独移动。有些蛋白质永远不会移动，要么只有TurboID标签，要么只有APEX标签。那些两者兼而有之的人，完成了两者之间的旅程。任何没有标签的东西都超出了兴趣旅程的范围。

四项实验，一个惊喜

为了测试他们的工具，研究人员首先进行了两项详细描述已知蛋白质活性的实验。他们监测了在细胞质液体(细胞质)和线粒体之间移动的蛋白质，这些蛋白质与线粒体DNA产物、因此起源于线粒体的蛋白质形成鲜明对比。

在下一个实验中，研究人员追踪了当细胞经历氧化应激时蛋白质从细胞质到细胞核的运动如何变化。这两个实验的结果都符合预期，这意味着TransitID运行成功。

接下来，研究人员利用他们的技术研究了蛋白质向细胞中不受膜结合的部分的运输，特别是应激颗粒，它们是响应细胞应激而形成的蛋白质和RNA的浓缩物。

“生物分子凝聚物，例如应力颗粒，是高度动态的结构，能够快速、持续地与相关结构交换成分。TransitID使我们首次能够追踪这些成分的命运，”科学总监兼执行副总裁J.PaulTaylor说道圣裘德儿童研究医院院长，也是该论文的合著者。

这个实验的结果令人惊讶。当研究人员分析应激颗粒的蛋白质组时，他们发现了JUN，一种众所周知的转录因子，在多种癌症中上调/过度表达。

“以前没有人在应激颗粒中发现过它，”丁说。“所以，当我们在那里发现它时，我们几乎不相信它。”

确认其存在后，研究人员进一步探究，确定JUN似乎作为一种保护机制存在于应激颗粒中。他们发现，在氧化应激下，JUN会重新定位到应激颗粒，以避免其替代性应激反应(聚集，然后因形成不受欢迎的聚集混乱而被处置)，这使JUN保持健康，并在压力结束后可以恢复工作。

本文中使用TransitID进行的最后一项实验追踪了巨噬细胞和癌细胞之间的蛋白质活性，该细胞存在于众所周知的复杂且嘈杂的蛋白质环境中。

提升巨大潜力

鉴于之前的工作，世界各地的实验室已经收到了数千个对TurboID和APEX的请求，研究人员知道他们对这些现有最爱的新尝试必将在基础科学和应用科学领域取得令人兴奋的结果。

泰勒说：“我预计这种方法将被广泛的科学家迅速采用，类似于爱丽丝实验室开发的其他创新技术。”“这个工具是一项特别重要的突破，能够对凝析油进行研究，因为它们是高度动态的结构。”

丁说：“考虑到现有的方法，我对这种方法的简单性以及它的易用性感到兴奋。”“它使用市售试剂，人们无需在自己的实验室中进行任何有机化学即可使用该方法，但他们可以获得以前不可见的全新生物学。”

该团队仍然看到了改进的空间，特别是优化他们的工艺并依赖毒性较小的化学品。目前，TransitID仅限于在细胞培养中使用，但通过使用更温和的化学物质，它可以用于跟踪活体动物中详细的蛋白质动态。