Nature Methods新方法可以检测单细胞中邻近的蛋白质

芝加哥大学普利兹克分子工程学院(PME)的研究人员开发了一种方法，可以让他们研究蛋白质是否位于细胞内彼此靠近的位置。

　　

   

   

Savas Tay教授开发的分子方法让研究人员使用高通量基因组测序来测量单个细胞中的蛋白质、蛋白质复合体和mRNA。    

图片来源:Tay Lab提供

如今，大多数确定细胞内蛋白质的方法都依赖于粗略的普查：科学家通常先将一大群细胞磨碎，然后再确定它们的遗传物质。但是，正如100个单身人口与20个5人家庭的人口在许多方面不同一样，这种描述无法捕捉蛋白质是如何相互作用和聚集成功能基团的信息。

现在，芝加哥大学普利兹克分子工程学院(PME)的研究人员已经开发出一种方法，可以让他们更容易地研究蛋白质是否位于细胞内彼此靠近的位置。这项技术可以与更常规的基因测序同时进行，发表在《自然方法》杂志上。

“这是一种高效、高通量的方法，可以观察单个细胞内的蛋白质功能，”分子工程教授、这项新研究的资深作者萨Savas Tay说。“我认为这种方法将成为分子生物学社区的主要资源。”

注重功能
近年来，随着快速、廉价的基因测序技术的出现，科学家们开始转向单细胞mRNA测序，以获得细胞内部状态的快照。通过对所有细胞的信使rna分子(编码蛋白质)进行测序，他们可以了解细胞可能积极使用的蛋白质是什么。但这种蛋白质含量的代表并不能说明全部情况。

Tay说:“仅仅知道某些蛋白质的丰度并不总是能给你细胞如何运作的信息。”“通常，蛋白质是否具有功能活性不仅与它们是否存在有关，还与它们是否形成复合物有关。”

Tay想要捕捉蛋白质是否在物理上彼此靠近，并且以一种快速、高通量的方式来做到这一点，而不是依靠显微镜来可视化它们的位置，或者一次分离一些蛋白质进行更仔细的检查。

他和他的同事们开发了一种分子探针，可以附着在感兴趣的蛋白质上，并具有向外延伸的DNA标签。如果两个蛋白质在物理上彼此靠近，这些DNA探针就会像魔术贴一样粘在一起。研究人员可以用这种方法建立实验，同时探测数百种蛋白质。然后，他们使用常规测序方法读取任何相互结合的DNA探针，并确定哪些蛋白质是成对的。

Tay说:“在细胞内的广阔空间中，两个探针不太可能找到彼此，除非它们与附近的蛋白质结合。”“所以当探针结合时，这就告诉我们这些蛋白质非常紧密。”

由于这种被称为Prox-seq的方法使用标准测序，研究人员可以在分析感兴趣的蛋白质的同时分析细胞的mRNA，帮助回答有关mRNA和蛋白质丰度和功能之间的相关性的问题。

概念验证研究
为了说明Prox-seq的用途，Tay的团队首先在B细胞和T细胞上测试了它，这是人类免疫细胞的两个子集。他们发现，这项技术可以仅根据每种细胞类型中存在的蛋白质-蛋白质相互作用来区分细胞。它还可以根据细胞内蛋白质组组织方式的微小差异来识别之前未知的细胞子集。利用人类外周血单个核细胞，他们同时测量了38个单个蛋白质、741个蛋白质复合物和每个细胞上的数千个mRNA，并发现了一个新的蛋白质复合物定义了naive T细胞。

然后，研究小组使用Prox-seq研究当巨噬细胞(另一种免疫细胞)被激活以应对病原体时，蛋白质是如何改变排列的。他们再次确定了已知的相互作用蛋白质对和新的蛋白质组，这些蛋白质组不仅可以用来确定巨噬细胞是否被激活，还可以用来确定它接触的病原体类型。

Tay说:“这表明我们的方法不仅可以验证我们已经知道的蛋白质-蛋白质复合物，而且可以发现蛋白质之间新的相互作用。”

到目前为止，研究人员只在细胞表面的蛋白质上测试了这种方法;他们现在正致力于将其扩展到更多类型的蛋白质，以开发出解决细胞内蛋白质相互作用的确切位置的方法。

文章标题

Quantification of extracellular proteins, protein complexes and mRNAs in single cells by proximity sequencing