北京大学Nature子刊发布研究蛋白质相互作用的新技术

　　

生物通报道  北京大学的研究人员报告称，他们开发出了一种遗传编码蛋白质光交联剂，其带有可转移的、质谱可识别的标签。这一研究成果发布在7月27日的《自然通讯》（Nature Communications）杂志上。

北京大学化学与分子工程学院的陈鹏（Peng R. Chen）研究员与王初（Chu Wang）研究员是这篇论文的共同通讯作者。

蛋白质以其自身结构和与其他蛋白质之间的相互作用为基础发挥功能，因此，研究蛋白质的结构和相互作用抑制是生命科学的重要方向。

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检测蛋白质相互作用的传统方法，如酵母双杂交、亲和色谱和免疫共沉淀等有着各自的局限性。酵母双杂交可以揭示蛋白质间的直接相互作用，甚至通过大规模筛查发现未知的相互作用，但酵母细胞未必能为异源表达的其他物种蛋白提供合适的相互作用条件。亲和色谱技术和免疫共沉淀技术其通量比较低，背景结合蛋白质与特异性结合蛋白质有时难以区分，直接与间接相互作用也通常难以区分。另外，这三种方法对于瞬间、微弱的相互作用，比如信号转导过程中松散变化的蛋白质复合物，都很难获得有效信息。

近年来，科学家们一直在不断地发展发现及描绘生理条件下蛋白质相互作用特征的技术，其中化学与光亲和交联策略获得越来越多的关注。将生物分子间的非共价相互作用转变为共价交联，使得能够捕获到时常出现在自然界中微弱且短暂的蛋白质相互作用。光交联剂结合质谱技术是近年发展起来在活体系统中研究蛋白质相互作用的一种有力的工具，但它仍然存在着高假阳性鉴别率及无法提供相互作用界面信息等缺点。
 
在这篇文章中研究人员报告称，他们开发出了一种遗传编码光亲和非自然氨基酸，可在光交联及猎物蛋白-诱饵蛋白分离后将一个质谱可识别的标签(MS-label)导入到捕获的猎物蛋白中。这一叫做IMAPP的策略使得能够直接鉴别出采用传统的遗传编码光交联剂难以揭示的光捕获底物肽。利用这一MS-label，IMAPP策略显著提高了鉴别蛋白质相互作用的可信度，使得能够同时鉴别捕获的肽和确切的交联位点，对于揭示靶蛋白及绘制活体系统中蛋白质相互作用界面具有极高的价值。

来自多伦多大学Lunenfeld-Tanenbaum Research Institute (LTRI)和Donnelly中心的一组研究人员，开发出一种新技术，可以将细胞内的DNA条形码拼接在一起，以同时搜寻数百万个蛋白质配对，用以分析蛋白质相互作用。相关研究结果发表在2016年4月22日的《Molecular Systems Biology》杂志上（研究蛋白质相互作用的新技术）。

斯克里普斯研究所(TSRI)的科学家们开发出了一种强大的新方法来寻找结合特定蛋白质的候选药物。发表在2016年6月Nature杂志上的这种新方法是一个重大的进展，它可以同时应用于大量的蛋白质，甚至直接应用于自然细胞环境中成千上万不同的蛋白质。一些小分子可以用来确定它们靶蛋白的功能，并可充当药物开发的起始复合物。TSRI的研究人员证实这一技术为许多过去认为无法很好结合这些小分子的蛋白质找到了“配体”（结合伴侣蛋白）（Nature发布突破性蛋白质新技术）。

蛋白质是自然界的机器。它们供给氧气为我们的肌肉提供动力，催化一些帮助我们从食物中提取能量的反应，抵御细菌和病毒的感染。数十年来，科学家们一直在寻找方法设计可以满足某些医学、研究和工业特定用途的新蛋白质。现在，北卡罗来纳大学医学院的研究人员开发出了一种方法，通过将已存在蛋白质的片段拼接在一起来生成新蛋白质。这一叫做SEWING的技术发表在2016年5月的Science杂志上（Science发布突破性蛋白质技术）。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Genetically encoded protein photocrosslinker with a transferable mass spectrometry-identifiable label

Coupling photocrosslinking reagents with mass spectrometry has become a powerful tool for studying protein–protein interactions in living systems, but it still suffers from high rates of false-positive identifications as well as the lack of information on interaction interface due to the challenges in deciphering crosslinking peptides. Here we develop a genetically encoded photo-affinity unnatural amino acid that introduces a mass spectrometry-identifiable label (MS-label) to the captured prey proteins after photocrosslinking and prey–bait separation. This strategy, termed IMAPP (In-situ cleavage and MS-label transfer After Protein Photocrosslinking), enables direct identification of photo-captured substrate peptides that are difficult to uncover by conventional genetically encoded photocrosslinkers. Taking advantage of the MS-label, the IMAPP strategy significantly enhances the confidence for identifying protein–protein interactions and enables simultaneous mapping of the binding interface under living conditions.

作者简介：

陈 鹏 博士

2011- PI，北大-清华生命科学联合中心
2011- PI，北京大学合成与功能生物分子中心
2009- 研究员，博士生导师，北京大学化学与分子工程学院
2007-2009 博士后，美国Scripps 研究所； 诺华制药美国圣迭戈研发中心
2007 理学博士 美国芝加哥大学 化学系
2003 理学硕士 美国芝加哥大学 化学系
2002 理学学士 北京大学 化学与分子工程学院

研究领域:
研究兴趣主要集中在化学与生物学的前沿交叉领域，试图通过化学家的知识与手段，为生命科学的探索提供一系列崭新的工具和研究方式。具体研究方向如下：
∙ 蛋白质工程，蛋白质特异标记，蛋白质药物化学；
∙ 临床感染性病菌与人体免疫系统相互作用的机理研究；
∙ 面向生物活体内的化学反应与技术；
∙ 基于蛋白质的金属离子及有机小分子生物传感器的开发与应用；

王 初 博士

科研经历：
2013- 至今，特聘研究员，博士生导师，北京大学化学与分子工程学院化学生物系,
2013- 至今，研究员，北京大学合成与功能生物分子中心，北大清华生命科学联合中心
2009- 2013，博士后，美国Scripps研究所化学生理系
2007-2009 ，博士后 ，美国西雅图华盛顿大学生物化学系，霍华德休斯医学研究所
2007 ，理学博士，美国西雅图华盛顿大学生物化学系，“生物分子结构与设计”跨学科博士生培养项目
2001 ，理学学士，中国科学技术大学生物学系

研究方向：
主要通过化学蛋白质组学,生物化学和计算生物学等多种跨领域的技术和手段，大规模发掘蛋白质组中被内源生物小分子或外源化学药物分子特异修饰的功能位点和靶点，并深入研究这些修饰对蛋白质的结构、功能以及其所在的细胞内新陈代谢和信号传导通路的影响。这些研究将有力地推动在后基因组时代人们对大量未知蛋白功能注释的进程，揭示其在各种新陈代谢通路中的关键作用，以及从分子水平上解释多种病理环境的形成和诱因，为相关的药物和治疗手段的研发提供理论基础。