著名学者Nature子刊发表全新蛋白敲减技术

　　

生物通报道：人们通常在DNA和RNA水平上敲减（knock down）基因表达。现在，加拿大英属哥伦比亚大学的研究团队开发了一种新技术，该技术利用细胞的垃圾处理系统，可实现快速可逆的蛋白水平敲减。这项发表在Nature Neuroscience杂志上的研究，为开发新药治疗神经退行性疾病开辟了新的途径。

这篇文章的第一作者是Shelly (Xuelai) Fan，资深作者是加拿大皇家学会的院士王玉田教授。研究团队构建的靶向性多肽拥有三个结构域：允许多肽穿过血脑屏障的膜渗透结构域、与目标蛋白特异性结合的结构域、和引导溶酶体对多肽-蛋白进行降解的结构域。

研究显示，这一系统能够特异性降解神经元中的活性蛋白，简单控制敲减的程度和时间。研究人员为了验证这一系统，敲减了与突触可塑性有关的突触后致密蛋白95；涉及帕金森症等神经退行性疾病的α-synuclein；以及中风激活的DAPK1。研究人员介绍道，这一系统可以用来降解任何细胞质蛋白。

研究团队通过静脉注射将多肽注入大鼠中风模型，成功在受损的大脑区域特异性敲减了DAPK1的水平，减少了血液供给受阻造成的组织死亡。“这是首次实现只在疾病影响区域下调一种蛋白的水平，”Fan说。“因为我们的多肽只与激活后的DAPK1结合。”

DNA或mRNA介导的敲减，无法实现这种活性依赖的特异性，研究人员解释道。而且多肽靶向系统作用更快，可以在两小时以内出结果。此外与基因或siRNA敲减法相比，多肽系统不那么容易受到体内其他因素的影响。（推荐阅读：如何优化你的RNAi）

研究人员指出，与绝大多数通过蛋白酶体降解的策略不同，新方法不需要基因操作。蛋白敲减大多需要病毒载体，不利于推广到临床应用。“我们的方法很适合临床使用，”Fan说。“目前我们实验室正在开发新多肽，准备敲减亨廷顿舞蹈症和前列腺癌的相关蛋白。”

不过在这一技术应用于临床之前，研究人员还面临着一些挑战。“最大的问题在于，多肽进入人体后往往不那么稳定，因此为了保持效果就必须反复用药，”Fan说。“另一个问题是，我们还不能完全保证这种多肽是否只结合预定目标。不过与小分子相比，多肽-蛋白的结合一般更具特异性。到目前为止，我们还没有观察到任何脱靶效应。”

 

生物通编辑：叶予

生物通推荐原文摘要：

Rapid and reversible knockdown of endogenous proteins by peptide-directed lysosomal degradation

Rapid and reversible methods for altering the levels of endogenous proteins are critically important for studying biological systems and developing therapeutics. Here we describe a membrane-permeant targeting peptide–based method that rapidly and reversibly knocks down endogenous proteins through chaperone-mediated autophagy in vitro and in vivo. We demonstrate the specificity, efficacy and generalizability of the method by showing efficient knockdown of various proteins, including death associated protein kinase 1 (160 kDa), scaffolding protein PSD-95 (95 kDa) and α-synuclein (18 kDa), with their respective targeting peptides in a dose-, time- and lysosomal activity–dependent manner in rat neuronal cultures. Moreover, we show that, when given systemically, the peptide system efficiently knocked down the targeted protein in the brains of intact rats. Our study provides a robust and convenient research tool for manipulating endogenous protein levels and may also lead to the development of protein knockdown–based therapeutics for treating human diseases.