蛋白质新技术：一天内确定蛋白质半衰期

　　

生物通报道  来自以色列魏茨曼科学研究所的研究人员研发了一种新型蛋白质技术，能帮助研究人员在一天时间内完成对蛋白质半衰期的检测。这一新技术为科研人员深入了解活细胞中蛋白质组半衰期动力学开辟了新途径。相关研究论文发表在国际著名期刊《科学》（Science）杂志上，并获得最新一期《自然方法学》（Nature methods）推荐。

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清除不必要或有害的蛋白质是细胞进行自身调控的重要途径之一。在生物体中主要通过两种机制来实现：一种是通过蛋白酶体降解蛋白质，而另一种则是以细胞生长的方式对细胞内的蛋白质进行稀释。快速分裂的细胞例如细菌主要是依赖“稀释”的方式，而终末分化的哺乳动物细胞则主要是通过蛋白质降解的途径。“由于蛋白质的清除途径通常取决于细胞的类型，科学家们常常忽略了降解和稀释之间存在的平衡关系，”论文的资深作者，色列魏茨曼科学研究所的Eran Eden博士说：“一直以来我们都致力于寻找一种可对两者进行衡量的方法。”

Eden以及同事曾经考虑用传统的方法——脉冲追踪术和蛋白质合成抑制法来检测蛋白质的降解速率。尽管脉冲追踪术已被应用了数十年，然而由于这种方法需要使用放射性标记和蛋白特异性抗体，使其应用范围受到很大的限制；而蛋白质合成抑制剂则有可能会扰乱细胞的功能。研究人员希望找到一种非放射性方法在对细胞造成最小干扰的基础上用于对大量蛋白质进行追踪。

在这篇文章中研究人员开发了一种检测蛋白质半衰期的新技术，将其命名为“漂白追踪”(bleach-chase)术。他们首先利用荧光YFP标签标记目的蛋白，进而利用短暂的闪光脉冲使10-60%的荧光基因失去荧光（即所谓“漂白”）,由于时间短暂因此不会对细胞造成影响。

“漂白促使标记蛋白分为了两种亚群：荧光蛋白和非荧光蛋白。而理论上漂白后细胞不会再合成新的非荧光蛋白，荧光的衰减则只可能是依赖于蛋白质清除，”Eden解释说：“我们利用荧光时差显微术对漂白细胞和非漂白细胞进行了观测，通过比较两种细胞中的荧光水平改变从而获得了非荧光蛋白的动力学数据。”

“‘漂白追踪’术除了能准确定量蛋白质的半衰期，还能帮助科学家鉴别哪些蛋白发生了活性降解，哪些蛋白则随细胞分裂而发生了稀释，”Eden说：“我们在试验中针对人类癌细胞中100种不同的蛋白质进行了降解和稀释分析，发现在检测时间段中48%的蛋白质出现了降解，10%的蛋白质发生了稀释，而42%的蛋白则同时存在降解和稀释。”

在进一步的研究中，Eden等利用一种化疗药物对细胞施加压力以减慢细胞的生长速率，观测这一效应对于蛋白质清除的影响。研究人员观察到尽管短半衰期蛋白质没法发生变化，但长半衰期蛋白质则经过更长时间的稀释在更大程度上被清除。当他们检测以不同速率减慢细胞生长的其他压力时，观察到了相同的效应。“我们认为这是一种相当普遍的现象，”Eden说：“这一简单原理帮助我们更深入地了解了对应不同压力时蛋白质清除率变化。值得注意的是，研究结果表明细胞并没有利用蛋白质降解来补偿稀释率的变化。“

“相比于常规的脉冲追踪术完成这些试验非常的简单，并且可以更快速地生成结果。它使得科学家们能够真正实现大规模蛋白质半衰期检测，”Eden指出：“然而其存在的唯一缺点就是蛋白质必须首先进行荧光标记，这有可能会对细胞内的蛋白质清除产生影响，但我们已非常小心的利用脉冲追踪对比试验排除了这种可能性。”

Eden表示相信随着荧光标记蛋白库日益广泛地应用于越来越多的生物体，这项新技术也将显示出更加广泛的用途。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Proteome Half-Life Dynamics in Living Human Cells

Cells remove proteins by two processes: degradation and dilution due to cell growth. The balance between these basic processes is poorly understood. We addressed this by developing an accurate and noninvasive method for measuring protein half-lives, called “bleach-chase,” that is applicable to fluorescently tagged proteins. Assaying 100 proteins in living human cancer cells showed half-lives that ranged between 45 minutes and 22.5 hours. A variety of stresses that stop cell division showed the same general effect: Long-lived proteins became longer-lived, whereas short-lived proteins remained largely unaffected. This effect is due to the relative strengths of degradation and dilution and suggests a mechanism for differential killing of rapidly growing cells by growth-arresting drugs. This approach opens a way to understand proteome half-life dynamics in living cells.