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在《自然－方法》是一部有关最尖端方法论的论坛刊物，在最新一期的杂志上，介绍了信号回路研究、蛋白质鉴定、染色体沉淀等方面的技术新成果。
生物通综合：在《自然－方法》是一部有关最尖端方法论的论坛刊物，在最新一期的杂志上，介绍了信号回路研究、蛋白质鉴定、染色体沉淀等方面的技术新成果共四篇。
代谢整合方法加速蛋白质鉴定过程
在一个细胞生命周期中任何特定的时刻，蛋白质的表达情况构成了它的蛋白质组模式，这种情形是根据环境刺激而处于不断的动态变化之中。虽然质谱仪技术已经发展成为一种描述不同细胞状态下蛋白质组模式的最为流行的技术，但如果要确定何种基因会由于外界刺激而处于激活状态却并非易事，原因在于新合成的蛋白质肯定在化学特性方面与它们更为年长的兄弟姐妹是相同的。
为了解决这一问题，Erin Schuman及其在美国加州理工学院的同事一起设计出了这样一种思路，通过运用一种生物正交亲合键将一种非天然氨基酸进行新陈代谢方面的整合，他们试图直接从细胞中将新合成的蛋白质分离开来。通过运用一种补足键试剂来分离新合成的标记蛋白质，这些“子蛋白”能通过质谱技术直接进行鉴定。使用35S半胱氨酸或者35S甲硫氨酸的新陈代谢整合物，在对这种更为传统的放射示踪技术进行改进时，一种亲合键不仅仅能帮助检测新合成的蛋白质，而且能为了明确的鉴定目的而进行分离。
这种名为AHA的非天然氨基酸，是一种甲硫氨酸的类似物；如果甲硫氨酸在混合物中被遗漏了，细胞的翻译机制可以将其插入进来替代甲硫氨酸。AHA的侧链包含有一种叠氮化物功能基团，这种基团在自然界中并不存在；但是会自发地和一种炔发生反应以形成一种共价键，这种炔是自然界中并不存在的另一种功能基团。为了从蛋白质组整体库中分离出新合成的由叠氮化物标记的蛋白质，Schuman及其同事开发出了一种以炔为基础的亲合键试剂，它包含有一种旗舰抗体抗原决定基和生物素，这些物质构成了一种和抗生物素蛋白有密切联系的共价组合。这些研究者将他们的标记策略“生物正交非规范性氨基酸标记”简称为BONCAT。
作为这一原则的证据，研究者将人类胚肾细胞293暴露于AHA的环境中两个小时。他们应用免疫印迹技术，来验证AHA是如何被整合入多个蛋白中的。他们使用生物素旗舰炔亲合试剂来孵化细胞溶解产物，还使用抗生物素蛋白树脂来分离新合成的AHA标记蛋白。他们在这一树脂中消化非活动性的蛋白，然后对这些片段进行鸟枪质谱分析和数据搜寻研究。他们成功地鉴定出了1028种必要型缩氨酸，它们构成了195种新合成的不同蛋白，这些蛋白具有功能和生化特征方面的多样性。
Schuman及其同事深信他们的方法提供了一种独特的简单线路，以获得各种哺乳动物细胞蛋白质组的瞬间快照。他们建议，BONCAT在细胞培养的后有丝分裂阶段对于新陈代谢标记可能会非常有用，在这当中，稳定的同位素标记法应用于轻型和重型氨基酸变异物正显得非常有挑战性。
细胞内信号回路图研究
如果不仔细斟酌的话，甚至一单个受体的信号传导途径都能看起来令人恐怖，因为有着多重性的输入、输出和调节控制点。那尽管是实情，但对于这种存在于数百种不同信号途径之间的复杂关系来说，研究者有望可能从中获得什么有意义的启示呢？即使以二进制情形为例——想象一下，一行光开关控制着一系列不同的灯，其中每个开关触发器都能使得一个房间变得分外明亮或者黑暗——仅仅几十个输入信号就会导致一百多万种不同的组合。但是，实际情况很可能是更为混乱，其中来自于一个信号途径的输出将直接影响其它受体的行为。
不管混乱与否，这确实是多机构细胞信号联盟（AfCS）为何要聚集在一起来回答的问题；在《自然-细胞生物学》杂志上新近发表的一篇文章中，来自于美国德州大学西南医学中心的研究者Rama Ranganathan及其同事，他们也隶属于AfCS，介绍了这方面的试验。他们目的是在信号加工过程之间对相互作用进行特征分析，而这些加工过程由22个不同受体-配体对引发，总共有231对组合。
他们的切入点从检查每一单个配体对于264.7RAW巨嗜细胞的效果开始，对钙元素流、蛋白质磷酸化和细胞因子生产等结果进行定量分析。获得了这些单一的特征之后，他们继续分析这些成对的引发物，接着将最终获得的结果与以前预测将要在最为简单的“额外”场景中发生的结果进行对比。当获得的结果与以前的预测有显著差异时，他们认为在被刺激的各种途径中存在着一种相互作用，导致了一种更为复杂的输入-输出关系的产生。
这里获得的很多数据和以前已经获得的有关受体信号行为的结果是一致的，但是，Ranganathan及其同事也能够利用这一结果构建一些关于途径交互作用的新假说。比如说，已经观察到一致性的协同行为，它们源于和那些引发钙离子运动的配体以及引发cAMP生产的配体之间产生的协同刺激，他们因此就能够开发出一个可进行试验测试的模型来检验这一行为，因而在调控这种相互作用中可对一种关于蛋白质激酶A的潜在角色进行鉴定。
每一被研究的配体，在生产细胞因子的调节过程中都至少会和一个其它的配体发生协同性的交互作用，虽然甚至有几个配体对这些过程并没有显示出独立的效果。研究者发现，他们能够将已有的数据整理成相对较小的数据串，从中他们观察到在细胞因子生产过程中，在不同类型的配体之间发生了相似的协同行为。比如说，Toll样受体和G蛋白偶联受体之间的协同刺激，在分析六种细胞因子时，始终会导致一种特定类型的生产和抑制行为的发生，相比之下，Toll样受体的刺激行为，仅仅能导致这六种细胞因子产量的增加。
Ranganathan及其同事假定存在着一种“交互作用剂”，他们将这种命名解释为“一种信号回路”，可以将不同类型的配体-受体激活途径特定性地连接在一起，以便获得特殊的协同效应。他们建议，对这些交互作用剂进行鉴定，已经被证明对于正确理解细胞的信号过程是十分必要的。“在这些成对的组合被考虑进去的情况下，在最终调节细胞输出时，配体就开始显示出它们对外界的依赖性这一特征来，”这些研究者总结说，“确实，获得的数据表明，很多输入配体的基本活动，与其说是对细胞输出的直接控制，倒不如说是对其它信号系统的调节。”
染色质免疫沉淀新技术开启未来之门
在过去十年中，染色质免疫沉淀反应（ChIP）已经成了进行表观遗传信息研究的主要方法。这项技术帮助研究者判断何种组蛋白修饰会出现在细胞核中基因组的某一特定位置。它的原理很简单：在保持组蛋白和DNA联合的同时，通过运用对应于一个特定组蛋白标记的生物抗体，染色质被切成很小的片断，并沉淀下来。该组蛋白标记是对组蛋白尾端的一种后翻译修饰过程。一同沉淀下来的DNA接着能通过PCR或者杂交法加以分析。
尽管这种技术非常流行，但它的缺点之一就是需要大量的启动材料，通常是一千万个细胞。“你要受到ChIP的很大限制，这是一个公认的问题。你能使用细胞系来进行研究，但通常无法使用原始细胞，”英国伯明翰大学医学院的Bryan Turner如是说。两年前，因为受制于这一问题的困扰，Bryan Turner和他长期共事的同事Laura O'Neill开始着手解决这一问题。他们猜想，主要问题将是如何在每一步骤中对程序的效率进行最优化处理。防止材料的丢失和获取高质量的染色质将是至关重要的。因此，他们将源于另一物种的染色质作为载体，试图利用它将小鼠的染色质样品进行“膨胀”处理；因此，载体ChIP被创造了出来。
“它的概念非常之简单，效果也非常之好，”O'Neill说。他使用苍蝇的SL2型细胞作为载体染色质的源，很快就成功地将启动材料所需要的量降低到一万个细胞，然后再到一千个细胞。为什么在那里停了下来？由于在对程序的优化过程中获得了快速成功，受其鼓舞，这对研究伙伴开始试图想回答更为大胆、更为有挑战性的问题。当胚胎学专业的研究生Matthew VerMilyea来到这个实验室时，所要解决的挑战问题就变得明确了：他们能在早期的胚胎中观察到组蛋白标记吗？
“大约花费了至少一年的时间，”Turner回忆说，“因为我们的目标是要达到非常少量的细胞，比我们曾经试图要获得的量还要少。”在七月份出版的《自然-遗传学》上，该研究小组报告了他们如何成功地仅仅使用50-100细胞，就能够可靠地进行这些试验，这50-100个细胞采集于三个胚胎的胚囊内细胞团。在小鼠干细胞中的Nanog、Oct4 和Cdx2这类调控基因上存在着组蛋白标记，比如说H3K9的甲基化作用和H4的乙酰化作用，他们对这些组蛋白标记的分布情况进行了观察，结果发现在胚胎的胚囊内细胞团和胚胎干细胞系之间存在着极显著的差异，这一结果也许一点也不奇怪——因为这一表观遗传信息研究项目在培养物的细胞适应过程中很可能就已经被改变了——但它对表观遗传学家来说可作为一种警示性的故事来提醒。
导致这一技术成功的因素之一是使用了自身的ChIP（NChIP）来替代原本更为流行的XchIP。NchIP是由O'Neill和Turner两人在上世纪九十年代帮助创立的一种草案协议。在这一方法中，蛋白质在发生免疫沉淀反应之前通过化学反应的方式与DNA发生了交联作用。化学交联作用对于观察非组蛋白型蛋白是必要的，否则在进行这些试验时它会与DNA分离开来，但它常常会在对易变性的组蛋白尾端上的抗原决定基识别时产生影响，接着会减少组蛋白免疫沉淀反应的效率。“仅仅有几个人使用NChIP”，Turner说，“但是，如果你正在观察组蛋白时，因为它的程序是非常有效率的，这样就没有使用其它任何技术的借口了。”
当然，在能否观察非组蛋白型蛋白方面存在着很多兴趣，伯明翰大学的研究小组目前正忙于建立一个具有交联作用特征的ChIP载体程序。O'Neill对结果表现得非常乐观，“这种方法会起作用，但需要大量的细胞——一万个或者一千个——这种量大约需要进行几次订购才能完成，但要少于运用传统的ChIP这种方式，而且它仍处于我们通过荧光激活的细胞分选技术或活组织切片技术所能获得的量级范围之内。”
这一系统的美妙之处在于，这项新技术正重新赋予ChIP以临床相关性，而这一典型特征在过去正处于丢失过程中。如今，在一些免疫细胞小的分选种群中或者直接从病人身上获取的肿瘤切片中，可以直接观察到染色质的免疫沉淀反应。然而，看起来最使Turner的研究小组激动的是胚胎方面的工作。正如Turner所言，“早期的胚胎是典型的表观遗传信息系统，那是每件事情开始的地方，到目前为止，并没有找到观察早期胚胎中的表观遗传信息标记的方式。”运用这种新技术，他们也许已经为我们打开了一项全新的研究领域。
新型光学镊子实现最优化处理
光能够用于帮助目标物在物理空间上的移动，这一事实对于那些不熟悉这一概念的人来说，可能成为一个颇感震惊的启示。事实上，光学镊子，或者分析型光学陷阱，是能够用于测量纳米尺度的运动和皮可牛顿力的。因此，在人们设法理解单个分子内部核心的工作机制时，这些陷阱正处于被考虑的首要问题。
利用一个光学陷阱试图测量一种分子力的大小和运动状态时，对该分子进行研究的那部分，会被粘着于陷阱中的一个微球体上，同时另一区域则会粘着于陷阱的表面，或者被允许和一个不活动的生物分子发生相互作用。陷阱的位置和硬度，能被用于测量这一分子系统中的力和运动，因为陷阱的特征就像一个弹簧。不幸的是，在这种尺度下，由于溶剂经常会产生轰击行为，微球的小型布朗运动将增加相当大的噪音。
Steve Block以前就发现，拥有两个独立性陷阱的双重陷阱系统，它的物理设计能够减少环境噪音，而且在百亿分之一的尺度内找到了解决方案，从而能够对蛋白质的运动进行精确测定。加州大学伯克利分校的Carlos Bustamante及其同事，现在开发出了一种测量理论。根据这种理论，他们能够对这一双重陷阱设计的表现行为进行最优化处理。研究生Jeff Moffitt表示，“双重陷阱设计，是一种非常好的方法，能够帮助仪器减免噪音。”然而，他们担心的是，源于溶剂的布朗振动将对这一双重陷阱系统产生更大的影响，因而他们想设法知道如何规避这种现象。
Bustamante对关于这一理论的疑问解释说，“当我们有两个珠子时，与一个珠子相比，我们会想像着将有更多的噪音，因为他们是不相关的，而且他们具有各自的噪音。这种分析的敏锐之处在于认识到了珠子之间的噪音同相或者是反相，仅仅那些反相的噪音能够影响你的信号。通过用这种方式进行分析，基本上我们能够减少大约50%的噪音。”因此，其结果就是，双重陷阱型的仪器事实上没有单个陷阱对布朗振动那么灵敏。
他们的理论能帮助我们找到那些被称为“普遍关联”的试验信号，在我们可能的试验设计参数之内，它将提供最优化的解决方案，这些参数包括像由于各种理由而被抑制的珠子大小和陷阱硬度。这有望为研究者提供一个他们本来在更低的弹性张力情况下所能够提供的可获得最优解决方法的简单方式，而它对研究中的系统产生了更小的负面效果。
论文的共同作者Yann Chemla提醒说，“噪音的环境源和仪器源仍然很重要，我们的理论并不永远是一剂良方来帮助你寻找解决方案。对这些观点进行强调是十分重要的。我们不得不真正十分仔细地制造仪器，不得不考虑房间中的温度稳定性、仪器的机制稳定性和声音隔离效果的稳定性。”
很多实验室由于正在考虑在他们自己的试验项目中使用双重陷阱型机器，因此对于那些试图在百亿分之一尺度的解决方案中探究酶和马达工作机制的研究者来说，这些发现应该是一个极大的帮助。
