細胞內部就像在一個(gè)擁擠的舞廳：數百人在參與派對。有些人獨來(lái)獨往，另一些人在人群中穿梭，與碰到的每個(gè)人攀談。有些人只是簡(jiǎn)單打個(gè)招呼，而另一些則和他們的好友待在一起。在這個(gè)舞廳內，各類(lèi)互動(dòng)層出不窮。細胞中的蛋白質(zhì)也是如此。

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圖片信息：在細胞內，無(wú)數種不同的蛋白質(zhì)在細胞核周?chē)嗷プ饔?，就像城市的街頭一樣熙熙攘攘。

細胞中充滿(mǎn)了不同類(lèi)型的蛋白質(zhì)，它們互相作用，并常常以群體形式協(xié)作。這些群體稱(chēng)為復合物，只有當其各個(gè)部分協(xié)同作用時(shí)才正常工作。

意外來(lái)客擾亂正?；?dòng)

蛋白質(zhì)之間的相互作用及方式還取決于身體的狀態(tài)。在正常狀態(tài)下，兩種蛋白質(zhì)，我們稱(chēng)之為藍色和紅色，會(huì )結合在一起。若因細胞壓力等原因使狀況改變，藍色蛋白質(zhì)可能改變其互動(dòng)伙伴，與黃色蛋白質(zhì)結合，這可能帶來(lái)麻煩，擾亂秩序。

“蛋白質(zhì)之間變化的互動(dòng)可能導致一系列問(wèn)題。”蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院研究所Cathy Marulli博士解釋說(shuō)。“了解正常狀態(tài)和問(wèn)題狀態(tài)下的蛋白質(zhì)互動(dòng)差異，以及兩個(gè)蛋白質(zhì)之間結合部位的精確細節非常重要。一旦掌握這些細節，我們就能夠開(kāi)發(fā)出阻止不必要互動(dòng)的物質(zhì)。”她說(shuō)道。

揭示蛋白質(zhì)的社交網(wǎng)絡(luò )

圖片信息：在正常狀態(tài)下，蛋白紅和蛋白藍相互作用。細胞應激改變了相互作用：藍色現在與黃色相互作用，這可能會(huì )引發(fā)疾病。使用正確的藥物，可以阻止或逆轉這種相互作用。（示意圖：改編自 Cathy Marulli / 蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院）。

因此，ETH 生物化學(xué)家進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了一種經(jīng)過(guò)驗證的蛋白質(zhì)研究方法來(lái)分析蛋白質(zhì)的完整相互作用網(wǎng)絡(luò )，稱(chēng)為相互作用組，相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然生物技術(shù)》（Nature Biotechnology）期刊上。

幾年前，Picotti和她的團隊成員開(kāi)發(fā)了一種名為L(cháng)iP質(zhì)譜的方法。這使研究人員能測量任何生物樣本中成千上萬(wàn)種蛋白質(zhì)的結構變化，而無(wú)需特別純化樣本。最近，他們使用此方法分析蛋白質(zhì)及其功能。

現在，他們進(jìn)一步發(fā)展了LiP質(zhì)譜法，用于研究蛋白質(zhì)之間的互動(dòng)。為此，研究人員首先識別了大約6,000個(gè)蛋白質(zhì)之間的相互作用界面及變化的其他位點(diǎn)。然后，他們使用這些位點(diǎn)作為標記來(lái)評估蛋白質(zhì)是否在特定條件下改變與其他蛋白質(zhì)的互動(dòng)。

為此，他們使用了切割蛋白質(zhì)的酶。這些酶只能在蛋白質(zhì)自由可及的位點(diǎn)進(jìn)行切割。如果另一個(gè)蛋白質(zhì)對某個(gè)位點(diǎn)進(jìn)行對接，酶就無(wú)法切割該蛋白質(zhì)。因此，蛋白質(zhì)片段的詳細信息幫助研究人員分析個(gè)別蛋白質(zhì)是否以及在哪里與其他蛋白質(zhì)相互作用。這使他們能在混雜的細胞環(huán)境中同時(shí)直接研究約1,000種蛋白質(zhì)的互動(dòng)。

在受壓細胞中的顯著(zhù)變化

研究人員利用酵母細胞，研究蛋白質(zhì)在正常狀態(tài)與化學(xué)物質(zhì)引發(fā)的壓力狀態(tài)下的互動(dòng)差異。

在此過(guò)程中，生化專(zhuān)家們發(fā)現，壓力狀態(tài)改變了大約五打蛋白質(zhì)復合物及其相互作用。研究人員還表明，名為SAGA的蛋白質(zhì)復合物在酵母細胞的互動(dòng)網(wǎng)絡(luò )中扮演重要角色。當他們移除SAGA時(shí)，大約三分之二的蛋白質(zhì)復合物在壓力環(huán)境下行為不同。“SAGA就像派對的主持人。當它被靜音時(shí)，一些群體停止舞動(dòng)。他們影響其他參與者，這些參與者也漸漸退出。這表明單一參與者在細胞中能對他人產(chǎn)生不成比例的影響。”Marulli說(shuō)。

方法可轉用于其他物種

他們開(kāi)發(fā)的方法也能應用于其他生物體。“對于我們想研究的每種生物，我們只需開(kāi)發(fā)一套新的標記，就能運用此方法研究小鼠或人類(lèi)細胞中的蛋白質(zhì)互動(dòng)。”Marulli表示。下一步顯然是確定人類(lèi)細胞互動(dòng)的標記，以便一次性分析異常蛋白質(zhì)互動(dòng)。

確定蛋白質(zhì)互動(dòng)是極為重要的。Picotti說(shuō)：“因此，我們希望進(jìn)一步發(fā)展我們的技術(shù)，以便用在更廣泛的研究目的上。”他們實(shí)驗室之前開(kāi)發(fā)的方法已經(jīng)被ETH衍生公司Biognosys應用。

研究領(lǐng)域關(guān)注互動(dòng)

如果互動(dòng)位點(diǎn)明確，研究人員可以有效地尋找化合物以調節不當互動(dòng)或建立新互動(dòng)。當前，調節蛋白質(zhì)相互作用的化合物是研究領(lǐng)域的一個(gè)新興方向。這類(lèi)化合物可能解決當前技術(shù)無(wú)法觸及的蛋白質(zhì)問(wèn)題，或者用以開(kāi)發(fā)副作用更少的新解決方案。

雜志：Nature Biotechnology

DOI：10.1038/s41587-024-02432-8