一种标记和研究活体生物中的分泌组的新方法

在最近的一项研究中，南加州大学干细胞科学家安迪·麦克马洪和他的合作者介绍了一种新的方法来标记和研究活的生物体中的分泌组。该研究团队首先对小鼠胚胎干细胞进行基因编辑，以编码斯坦福大学Alice Ting实验室设计的一种酶。这种酶，BirA*G3，不加区分地用维生素B7衍生物生物素标记附近的蛋白质。下一步是确保BirA*G3只对分泌组的蛋白质进行特异性标记。为了专门标记这些蛋白质，BirA*G3本身被标记了四个额外的蛋白质构建块或多肽，被称为KDEL，作为一个信号，向细胞保留BirA*G3在ER中。因此，当添加生物素时，BirA*G3只在通过ER的蛋白质上添加了生物素标签。利用这些经过基因编辑的干细胞，研究小组培育出了转基因小鼠。当给这些小鼠注射生物素时，科学家能够证明BirA*G3标记并识别分泌体。

　　

   

   

图片:一个细胞显示的酶BirA*G3，它标记了“分泌组”的蛋白质。    

“分泌组”指的是由细胞、组织或有机体分泌的蛋白质。在一项新研究中，南加州大学干细胞科学家安迪·麦克马洪和他的合作者介绍了一种新方法来标记和研究活的生物体中的分泌组。

南加州大学干细胞生物学和再生医学系主任麦克马洪说:“分泌组协调胚胎发育的微妙而复杂的过程，维持个别器官的功能，并通过器官间的交流协调器官的活动。”“然而，追踪哪些细胞在分泌蛋白质，哪些细胞被靶向，这很有挑战性。”

为了应对这一挑战，第一作者之一、南加州大学的杨睿和阿曼达·s·迈耶，以及前哈佛医学院(Harvard Medical School)、现供职于斯克里普斯研究所(Scripps Research)的伊利亚·a·德鲁吉宁(Ilia a . Droujinine)制造了一种内置系统用于标记和跟踪分泌组的小鼠。

斯克里普斯研究所研究员、分子医学系首席研究员德鲁吉宁说，这种内置系统就像“体内的护照系统，我们可以识别蛋白质从哪里来，到哪里去”。

为了建立这一系统，研究团队首先对小鼠胚胎干细胞进行基因编辑，以编码斯坦福大学Alice Ting实验室设计的一种酶。这种酶，BirA*G3，不加区分地用维生素B7衍生物生物素标记附近的蛋白质。生物素之所以是一种有用的标记，是因为它与链霉亲和素蛋白结合强烈，所以生物素标记的蛋白质可以通过一种现成的技术“链霉亲和素亲和纯化”从细胞和血液中的其他蛋白质中分离出来。

下一步是确保BirA*G3只对分泌组的蛋白质进行特异性标记。这些蛋白质起源于细胞内被称为内质网(ER)的结构。这些蛋白质中的一些留在内质网中，而另一些则分泌或并入细胞的外膜中。

为了专门标记这些蛋白质，BirA*G3本身被标记了四个额外的蛋白质构建块，或多肽。这四种多肽被称为KDEL，作为信号传递给细胞在ER中保留BirA*G3。因此，当添加生物素时，BirA*G3只在通过ER的蛋白质上添加了生物素标签。

利用这些经过基因编辑的干细胞，研究小组培育出了转基因小鼠。当给这些小鼠注射生物素时，科学家能够证明BirA*G3标记，并识别出包括大脑、肝脏和肾脏在内的许多器官的分泌体。科学家们还识别出了那些无论如何都会分泌的蛋白质，尽管它们没有被标记为表明细胞应该分泌它们的典型信号。

这些转基因小鼠使科学家能够标记和研究特定的细胞类型和器官，促进器官间交流的研究。

“我们的新小鼠模型证明了在特定细胞类型中分泌和内质网蛋白的更高的标记效率，为绘制和分析分泌组提供了宝贵的资源，”Meyer说，他是南加州大学Eli和Edythe Broad再生医学和干细胞研究中心McMahon实验室的博士候选人。

麦克马洪实验室的博士后杨补充说:“我们的小鼠模型将有助于更深入地理解分泌组在发育以及健康和患病成人状态中的关键作用。”

这些数据现在被放在一个公共储存库中，这样其他科学家就可以从这项新技术中受益。

麦克马洪说:“鉴于胰岛素等关键分泌蛋白的核心作用，人们对识别新型分泌蛋白有很大的兴趣。”基因组研究表明，许多新的蛋白质仍有待鉴定。既然我们已经验证了这项技术，我们期待着深入研究这一领域。”

文章标题

哺乳动物分泌组在体内接近标记的遗传模型

A genetic model for in vivo proximity labelling of the mammalian secretome