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为解决研究蛋白质翻译后修饰（PTMs）功能的传统方法存在的缺陷，研究人员开展了利用纳米抗体融合控制 PTMs 的酶来操纵目标蛋白 PTMs 的研究。结果表明该方法可行，且能调节 Ca(v)1.2通道功能、降低心律失常易感性，为相关研究和临床应用提供新途径。
在细胞的微观世界里，蛋白质就像一个个忙碌的小工匠，它们的功能多种多样，而蛋白质翻译后修饰（PTMs）则像是给这些小工匠穿上了不同的 “魔法外衣”，控制着它们的定位、相互作用和功能。然而，当这些 “魔法外衣” 的调控出现异常时，许多疾病就会悄然降临。
目前，研究 PTMs 功能的传统方法存在不少问题。例如，通过保守突变候选氨基酸或用药物抑制相关细胞通路来研究 PTMs 功能时，容易出现实验假象。因为多个 PTMs 可能竞争同一个氨基酸，而且药物的脱靶或非预期的靶向效应会干扰实验结果。另外，PTM 模拟突变不能完全重现单个 PTMs 的化学特征，使用半合成的翻译后修饰蛋白又无法在天然细胞环境中研究蛋白质功能。
为了解决这些问题，英国格拉斯哥大学（University of Glasgow）的研究人员开展了一项关于利用纳米抗体操纵目标蛋白 PTMs 的研究。他们将纳米抗体与控制 PTMs 的酶融合，构建了纳米抗体 - 硫酯酶嵌合体，以此来特异性地调控蛋白质的棕榈酰化修饰。研究发现，这种纳米抗体 - 硫酯酶嵌合体能够有效去除目标蛋白的棕榈酰化修饰，并且通过化学遗传学方法可以实现对蛋白质棕榈酰化的时间控制。此外，研究人员还发现，针对 Ca(v)1.2β 亚基的纳米抗体与硫酯酶的融合物能够降低 Ca(v)1.2α 亚基的棕榈酰化水平，进而调节 Ca(v)1.2通道的电压依赖性，降低干细胞衍生心肌细胞的心律失常易感性。
这项研究意义重大，它为研究蛋白质功能和疾病机制提供了新的实验工具，也为开发治疗心律失常等疾病的新疗法奠定了基础。该研究成果发表在《Nature Communications》上。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：
- 蛋白棕榈酰化评估技术：采用树脂辅助捕获（acyl - resin assisted capture，Acyl - RAC）技术，从转染 24 小时后的全细胞裂解物中纯化棕榈酰化蛋白，以评估蛋白的棕榈酰化状态。
- 免疫共沉淀技术：用于检测蛋白之间的相互作用，如通过免疫共沉淀实验评估纳米抗体与目标蛋白的结合情况。
- 细胞电生理技术：运用全细胞膜片钳技术记录 Ca(v)1.2介导的 Ba2 +电流，分析 Ca(v)1.2通道的功能变化；利用电压敏感染料记录诱导多能干细胞衍生心肌细胞（iPSC - CMs）的动作电位，评估心律失常的易感性。
- 蛋白质组学技术：通过 TMT 标记和无标记蛋白质组学技术，分别对全蛋白质组和棕榈酰蛋白质组进行分析，研究纳米抗体 - 硫酯酶嵌合体对细胞蛋白质组的影响。
下面来详细看看研究结果：
- GFP 结合纳米抗体融合硫酯酶使 GFP 标记底物去棕榈酰化：研究人员选择了对 eGFP 具有高亲和力的纳米抗体 LaG - 16，将其与去棕榈酰化酶 APT1 或 APT2 融合。以 Ca(v)1.2α1C 亚基的 I - II 连接子（α1C - IL）为模型底物，结果发现，四种纳米抗体构建体都能有效地使 YFP - α1C - IL 去棕榈酰化，但不影响管家蛋白 flotillin 2 的棕榈酰化状态。进一步实验表明，纳米抗体与目标蛋白的结合以及硫酯酶的活性是 YFP - α1C - IL 去棕榈酰化的关键。
- 研究纳米抗体介导的去棕榈酰化的广泛适用性：研究人员评估了纳米抗体 - 硫酯酶嵌合体对不同类型膜蛋白棕榈酰化的影响。对于动态进行棕榈酰化和去棕榈酰化循环的蛋白，如磷酸受磷蛋白（PLM）和钠钙交换蛋白 1（NCX1），不同的纳米抗体 - 硫酯酶融合物表现出不同的去棕榈酰化活性；而对于稳定棕榈酰化、不进行循环的蛋白，如窖蛋白 - 3（Caveolin - 3），纳米抗体 - 硫酯酶嵌合体则无法使其去棕榈酰化。这表明纳米抗体 - 硫酯酶嵌合体对动态棕榈酰化蛋白具有选择性去棕榈酰化作用。
- 蛋白质棕榈酰化的化学遗传学控制：研究人员通过将环状排列的细菌二氢叶酸还原酶（cpDHFR）插入 GFP 增强纳米抗体的 CDR3 区域，构建了配体调节的抗体片段（LAMA）。实验表明，利用 LAMA 可以实现对纳米抗体介导的去棕榈酰化的时间控制。例如，在 TMP 存在的情况下，APT2 - LAMA - G97 与目标蛋白的结合被抑制，从而使目标蛋白的棕榈酰化得以恢复；而在 TMP 不存在时，APT2 - LAMA - G97 能够有效去棕榈酰化目标蛋白，改变其细胞内定位。此外，蛋白质组学分析显示，纳米抗体 - 硫酯酶嵌合体的表达对细胞蛋白质组的影响较小，仅适度改变了一小部分棕榈酰蛋白质组。
- Ca(v)1.2的纳米抗体介导的去棕榈酰化：研究人员将 APT2 与靶向 Ca(v)1.2β 亚基的纳米抗体 F3 融合，发现该融合物能够特异性地降低 Ca(v)1.2α1C 亚基的棕榈酰化水平。在细胞电生理实验中，表达 APT2 - F3 的细胞，其 Ca(v)1.2通道的激活电压依赖性向右移动，与通过突变阻止 Ca(v)1.2α1C 亚基棕榈酰化的功能效应相似。在 iPSC - CMs 实验中，表达 APT2 - F3 能够显著减弱 HERG 通道阻断剂多非利特（dofetilide）诱导的动作电位时程延长和早期后除极（EADs）频率增加，表明靶向 Ca(v)1.2α1C 亚基的棕榈酰化可以抑制致命性心律失常。
研究结论和讨论部分指出，纳米抗体 - 硫酯酶嵌合体为特异性调节棕榈酰化蛋白的功能提供了一种有效的方法。这种方法具有广泛的应用前景，不仅可以作为实验工具动态操纵蛋白质棕榈酰化，还为临床应用中开发特异性去棕榈酰化药物治疗心律失常等疾病奠定了基础。然而，该方法也存在一些局限性，如纳米抗体 - 硫酯酶嵌合体存在一定的脱靶去棕榈酰化现象。未来，通过优化纳米抗体和硫酯酶的设计，有望提高其特异性，进一步拓展其在生命科学和医学领域的应用。总之，这项研究为蛋白质棕榈酰化的研究和相关疾病的治疗开辟了新的道路，具有重要的理论和实践意义。
