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陈é¹/樊新元团队报é“用于原代生物样å“研究的生物正交光催化邻近标记技术CAT-S

作者：     æ¥æºï¼?nbsp;    å‘布日期:2024-04-03

　　细胞的生命活动å—到å„个亚细胞器（细胞核ã€çº¿ç²’体ã€å†…质网等）中蛋白质网络的精细调控，以ä¿è¯å…¶æœ‰æ¡ä¸ç´Šåœ°è¿›è¡Œã€‚任一亚细胞区域中蛋白质“零件â€çš„æŸå或失调，就有å¯èƒ½â€œç‰µä¸€å‘而动全身â€ï¼Œé€ æˆç»†èƒžçš„异常乃至疾病的å‘生。因此，研究亚细胞区域的蛋白质组，尤其是针对临床疾病相关的样å“，一直以æ¥æ˜¯è›‹ç™½è´¨ç»„学研究的热点。近年æ¥ï¼Œé‚»è¿‘标记（proximity labeling）技术的å‘展，çªç ´äº†ä¼ ç»Ÿäºšç»†èƒžå™¨åˆ†ç¦»æ–¹æ³•çš„å±€é™ï¼Œä½¿å¾—在活细胞中原ä½ç ”究特定亚细胞蛋白质组æˆä¸ºå¯èƒ½ã€‚然而，基于生物催化的邻近标记技术往往需è¦å¯¹ç»†èƒžè¿›è¡ŒåŸºå› æ”¹é€ ä»¥åœ¨èƒžå†…引入邻近标记酶（如APEX，BioID等），使其ä¸é€‚宜在难以基因改造的样å“（尤其是原代细胞ã€ä¸´åºŠæ ·å“）中è¿ç”¨ã€‚如何开å‘适用于原代活细胞åŠç»„织样å“的邻近标记技术，æˆä¸ºè¯¥é¢†åŸŸäºŸéœ€æ”»å…‹çš„挑战ã€?/span>

 

　　

 

　　近期，以å°åˆ†å­å…‰å‚¬åŒ–邻近标记为代表的化学生物学方法的出现展现出了用于难转染样å“研究的巨大潜力。如诺奖得主MacMillan课题组è”åˆé»˜å…‹ç ”究人员开å‘了基于光催化产生活性å¡å®¾æŽ¢é’ˆçš„细胞膜蛋白质邻近标记技术μMap1，并在此基础上æŒç»­æŽ¢ç´¢è¿™ç±»æ–°åž‹æŠ€æœ¯çš„应用范围2。北京大学陈é¹?樊新元团队基于光催化产生活性亚甲基醌探针开å‘细胞内线粒体蛋白质邻近标记技术CAT-Prox3，细胞膜å—体é¶å‘çš„CAT-Ex技æœ?sup style="margin: 0px; padding: 0px; -webkit-font-smoothing: subpixel-antialiased;">4，细胞互作邻近标记的CAT-Cell5等技术。éšåŽåœ¨å›½å†…外研究者的共åŒæŽ¨åŠ¨ä¸‹ï¼Œå…‰å‚¬åŒ–邻近标记的研究å–得了蓬勃å‘å±?很多创新技术相继涌现，为蛋白质组学研究æ供了全新的化学工具ã€?/span>

 

　　

 

　　然而，组织原代ã€ç”šè‡³äººä½“临床等更为å¤æ‚æ ·å“的原ä½æ ‡è®°ç”±äºŽå­˜åœ¨æŠ€æœ¯ç“¶é¢ˆè€Œä¸€ç›´å¤„于空白ã€?024å¹?æœ?8日，北京大学陈é¹/樊新元团队在Nature Communicationsæ‚å¿—å‘表了题ä¸?em style="margin: 0px; padding: 0px; -webkit-font-smoothing: subpixel-antialiased;">Bioorthogonal photocatalytic proximity labeling in primary living samples的研究论文。他们在å‰æœŸå¼€å‘的线粒体é¶å‘的光催化邻近标记技术CAT-Prox的基础上，通过化学改造开å‘出新一代具有更高标记活性的硫代亚甲基醌探针，以适应更为å¤æ‚的原代组织的生物样å“，从而实现了组织原代ã€ç”šè‡³äººä½“临床样å“的线粒体蛋白质的原ä½æ ‡è®°ï¼ˆCAT-S技æœ?/span>ï¼?sup style="margin: 0px; padding: 0px; -webkit-font-smoothing: subpixel-antialiased;">6ã€?/span>

　　

　　作者首先基于å‰æœŸçš„CAT-Prox技术进行系统性优化和å‡çº§ï¼Œç‰¹åˆ«æ˜¯é’ˆå¯¹ä¼ ç»Ÿå¸¸ç”¨çš„亚甲基醌（QM）标记探针进行化学改造，通过引入硫原å­å¼€å‘出新一代硫代QM标记基团（thioQM），在体外åŠæ´»ç»†èƒžå†…展现出比传统氧代QM显著æå‡çš„蛋白质标记效率。之åŽï¼Œåœ¨å¤šç§ç»†èƒžç³»ä¸­éªŒè¯äº†è¯¥æ–¹æ³•å¯¹çº¿ç²’体蛋白质的高效æ•æ‰ã€‚通过与蛋白质谱技术的è”用，能够在80%å·¦å³çš„高特异性水平下，定é‡é‰´å®?00个以上的线粒体蛋白，æ绘活细胞线粒体蛋白质组特å¾ï¼›é€šè¿‡ç»¼åˆåˆ†æžåœ¨å¤šç§ç»†èƒžç³»ä¸­èŽ·å–çš„æ•°æ®ï¼Œè¿›ä¸€æ­¥å‘掘并验è¯äº†PTPN1ã€SLC35A4 uORFåŠTRABD三个新的线粒体定ä½è›‹ç™½ï¼Œå±•çŽ°è¯¥æŠ€æœ¯åœ¨å‘现新的线粒体蛋白方é¢çš„能力ã€?/span>

 

　　

 

　　原代活细胞样å“（尤其是临床样å“）上的应用一直是邻近标记领域的难点。对此，研究者通过CAT-S技术实现了对å°é¼ è‚¾è„ã€è„¾è„的解离细胞样å“中线粒体蛋白的邻近标记æ•æ‰ï¼Œé¿å…了酶法邻近标记技术对转基因动物模型的ä¾èµ–。æ®æ­¤ï¼Œç ”究者定é‡æ¯”较了肥胖诱导IIåž‹ç³–å°¿ç—…å°é¼ å’Œå¥åº·å°é¼ ä¸­çš„肾è„线粒体蛋白质组特å¾ï¼Œå‘现一系列在疾病状æ€ä¸‹è¡¨è¾¾å˜åŒ–的线粒体蛋白。其中，脂代谢相关酶类的å˜åŒ–较为显著，其中Aldh3a2ã€Acsm2的下é™å¯èƒ½é€ æˆäº†ç›¸å…³è„‚质代谢物的累积，潜在地促进了糖尿病相关的肾病å‘展。此外，研究者还è¯æ˜Žäº†CAT-S技术能够对人血液样å“中原代T细胞进行原ä½çº¿ç²’体蛋白标记，展现了在临床样å“上的应用潜力ã€?/span>

　　

　　综上，该工作对生物正交光催化标记化学进一步å‘展，实现了其在动物组织和临床æ¥æºçš„原代细胞的应用，并进行了原ä½çº¿ç²’体蛋白质组解æžã€‚其无需基因改造ã€é€šç”¨æ€§ã€å…‰æŽ§æ—¶ç©ºåˆ†è¾¨ç­‰ç‰¹ç‚¹ï¼Œä¸ºåŽŸä»£æ ·å“的亚细胞蛋白质组学研究开辟了新途径。基于该策略，进一步å‘展é¶å‘其他亚细胞区域的生物正交标记方法ã€æŽ¢ç©¶æ›´å¤šç–¾ç—…相关的组学信æ¯ï¼Œå°†æ˜¯æœªæ¥å€¼å¾—期待的方å‘ã€?/span>

　　

　　北京大学化学与分å­å·¥ç¨‹å­¦é™¢æ¨Šæ–°å…ƒå’Œé™ˆé¹æ•™æŽ?/strong>为本文的通讯作者，åšå£«å?strong style="margin: 0px; padding: 0px; -webkit-font-smoothing: subpixel-antialiased;">刘å­ç?/strong>与åšå£«ç ”究生郭ç¦è™?/strong>为本文的共åŒç¬¬ä¸€ä½œè€…。该工作得到æ¥è‡ªå›½å®¶è‡ªç„¶ç§‘学基金ã€ç§‘技部é‡ç‚¹ç ”å‘计划ã€åŒ—京市自然科学基金ã€æŽé?èµµå®ç”Ÿå‘½ç§‘å­¦é’年研究基金等项目ç»è´¹çš„支æŒã€?/span>

　　

　　原文链接�a href="//www.nature.com/articles/s41467-024-46985-3" style="margin: 0px; padding: 0px; -webkit-font-smoothing: subpixel-antialiased; outline: none; text-decoration-line: none; color: rgb(19, 19, 19);">//www.nature.com/articles/s41467-024-46985-3

　　

　　å‚考文献：

　　1.Geri, J. B.; Oakley, J. V.; Reyes-Robles, T.; Wang, T.; McCarver, S. J.; White, C. H.; Rodriguez-Rivera, F. P.; Parker, D. L.; Hett, E. C.; Fadeyi, O. O.; Oslund, R. C.; MacMillan, D. W. C., Microenvironment mapping via Dexter energy transfer on immune cells. Science 2020,367 (6482), 1091.

　　2.Seath, C. P.; Burton, A. J.; Sun, X.; Lee, G.; Kleiner, R. E.; MacMillan, D. W. C.; Muir, T. W., Tracking chromatin state changes using nanoscale photo-proximity labelling. Nature 2023, 616 (7957), 574-580.

　　3.Huang, Z.; Liu, Z.; Xie, X.; Zeng, R.; Chen, Z.; Kong, L.; Fan, X.; Chen, P. R., Bioorthogonal Photocatalytic Decaging-Enabled Mitochondrial Proteomics. J. Am. Chem. Soc. 2021,143 (44), 18714-18720.

　　4.Liu, Z.; Xie, X.; Huang, Z.; Lin, F.; Liu, S.; Chen, Z.; Qin, S.; Fan, X.; Chen, P. R., Spatially resolved cell tagging and surfaceome labeling via targeted photocatalytic decaging. Chem 2022, 8 (8), 2179-2191.

　　5.Zhang, Y.; Liu, S.; Guo, F.; Qin, S.; Zhou, N.; Fan, X.; Chen, P. R., Bioorthogonal photocatalytic quinone methide decaging for cell-cell interaction labeling. bioRxiv 2023, 2023.04. 08.536099.

　　6.Liu, Z.; Guo, F.; Zhu, Y.; Qin, S.; Hou, Y.; Guo, H.; Lin, F.; Chen, P. R.; Fan, X., Bioorthogonal photocatalytic proximity labeling in primary living samples. Nat. Commun. 2024,15 (1), 2712.

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