靶向蛋白降解系统：解锁哺乳动物体内基因功能研究新钥匙

研究人员对比小鼠中两种靶向蛋白降解系统（OsTIR1F74G-AID2 和 hCRBN-S4D），为基因功能研究提供新视角。

　　

一、研究背景

在生命科学的探索之旅中，了解基因在哺乳动物发育和疾病进程中的功能至关重要。就像想要读懂一部复杂机器的运作原理，必须搞清楚每个零件（基因）的作用一样。过往，科学家们利用 Cre-loxP 系统来研究组织特异性基因功能，它就像是一把神奇的 “基因剪刀”，能够在特定组织中对基因进行操作，为哺乳动物遗传学研究带来了革命性的变化。然而，这把 “剪刀” 也有自己的短板。使用诱导型 Cre 重组酶进行基因敲除时，速度比较慢，而且一旦敲除就无法逆转，这就好比给机器换零件，不仅耗时久，还没办法反悔。

在研究基因功能时，科学家们希望能有一种方法，既可以让基因正常发挥作用，保证生物体正常发育，又能在需要的时候迅速 “关闭” 基因，观察会出现什么变化。但现有的基因敲除模型很难做到这一点。在细胞模型研究中，靶向蛋白降解系统给科学家们带来了新希望。它利用合成配体，就像一把 “分子胶水”，让目标蛋白和 E3 泛素连接酶复合物靠得更近，从而快速、可逆地控制蛋白质功能。基于此，研究人员希望将这种系统应用到小鼠体内研究中，进一步探索基因功能。

来自美国弗吉尼亚大学（University of Virginia）生物化学与分子遗传学系以及康涅狄格大学健康中心（UConn Health）遗传学与基因组科学系的 Thomas G. Scott 和 Michael J. Guertin 等研究人员开展了相关研究。他们的研究成果发表在《Lab Animal》杂志上，为深入了解哺乳动物的发育和疾病机制提供了重要线索。

二、研究方法

研究人员主要采用了两种关键技术方法。一是 CRISPR 编辑技术，通过该技术在目标基因的内源位点标记上可诱导的降解标签（degron）。二是利用已有的小鼠品系，这些小鼠分别表达能与降解标签相互作用的适配蛋白。通过将表达适配蛋白的小鼠与带有降解标签基因的小鼠进行杂交，再给予小分子合成配体，就能实现对目标蛋白的降解调控。研究中使用的小鼠模型涉及到组织特异性的 Cre 驱动，以此来实现对不同组织中基因表达的精准调控。

三、研究结果

1. 两种降解系统效率和动力学比较：研究人员将水稻（Oryza sativa）的 TIR1^F74G（OsTIR1） - 生长素诱导降解标签 2（AID2）和人类大脑神经肽（human cereblon，hCRBN） - SALL4 降解标签（S4D）这两种系统应用于小鼠，并直接比较它们在 T 细胞中耗尽转录因子 Satb1 的效率和动力学。结果发现，两种系统都能高效降低 Satb1 蛋白表达，降幅超过 90%。但 S4D 系统速度更快，外周血 T 细胞在 2 小时就能达到最大效果，去除配体后 24 小时恢复到基线水平；而 AID2 系统达到最大效果需要 6 小时，恢复则需要 72 小时12。
2. 降解系统的组织穿透和应用范围：研究人员发现，这两种降解系统不仅能在血液中发挥作用，还能有效穿过血脑屏障。通过给怀孕的母鼠和哺乳期的母鼠使用配体，能够诱导胎儿和幼鼠体内目标蛋白的降解，展示了该技术在不同发育阶段的应用潜力。
3. 两种降解系统底物特异性差异：研究表明，与 S4D 系统一起使用的沙利度胺（thalidomide）及其衍生物，会诱导 hCRBN 与淋巴细胞中表达的新底物（如 Ikaros 和 Aiolos 转录因子）相互作用。所以在造血微环境中使用 S4D 系统时要特别小心，不过小鼠的 CRBN 在使用泊马度胺（pomalidomide）处理时，不会识别这两种新底物，因此限制异源 hCRBN 在非血液组织中的表达，能减少免疫系统对目标组织的非细胞自主的沙利度胺依赖性影响3。
4. 降解系统与其他系统的比较及局限性：与基于 Cre-loxP 的系统相比，这两种降解系统的动力学更快，但与体外系统相比还是较慢。这可能是因为通过腹腔注射或灌胃给予的诱导降解配体不能立即发挥作用。此外，研究还发现这两种降解系统存在一些局限性，比如在没有诱导降解配体处理时，带有降解标签的目标蛋白会有基础降解现象，而且要培育出理想的小鼠品系需要进行大量的杂交实验45。

四、研究结论与意义

这项研究通过直接对比两种靶向蛋白降解系统（OsTIR1^F74G-AID2 和 hCRBN-S4D）在小鼠体内的作用，为研究人员在选择合适的系统进行后续研究时提供了重要参考。虽然目前这些降解系统还存在一些技术挑战，如动力学不够快、存在基础降解以及小鼠品系构建繁琐等，但它们在研究哺乳动物体内动态生物学过程方面具有巨大潜力。这些技术能够实现以往难以达到的靶向蛋白扰动的时间精度，为深入了解哺乳动物的发育和疾病机制提供了新的工具，有望推动生命科学和健康医学领域的进一步发展。它就像为科学家们打开了一扇新的大门，让我们更深入地窥探生命的奥秘，为未来攻克更多的疾病难题奠定了基础。