在我們的身體中，蛋白質(zhì)幾乎完成所有必需的過程，蛋白質(zhì)故障導(dǎo)致許多疾病。為了研究蛋白質(zhì)的功能，研究人員將其從細(xì)胞中移除，然后分析其后果。目前它們通?？梢允褂玫膬煞N方法是CRISPR / Cas的基因組編輯和RNA干擾。它們分別作用于DNA或RNA的水平。然而，它們對蛋白質(zhì)含量的影響是間接的并且需要時間。來自德國和英國的科學(xué)家現(xiàn)在提出了一種名為Trim-Away的新方法，該方法可以直接快速地從任何細(xì)胞類型中消耗蛋白質(zhì)。由于Trim-Away可以區(qū)分蛋白質(zhì)的不同變體，它也為疾病的治療開辟了新的場所。

在每個活細(xì)胞中，有數(shù)千種蛋白質(zhì)在起作用。他們的曲目包括從催化生化反應(yīng)到塑造細(xì)胞表面或發(fā)送和接收信號的任何內(nèi)容。功能失常的蛋白質(zhì)會引起各種疾病，包括癌癥和神經(jīng)變性。因此，分子生物學(xué)家了解蛋白質(zhì)如何在其自然環(huán)境 - 細(xì)胞中起作用，這是非常重要的。

為了研究蛋白質(zhì)的功能，最重要的策略之一是將其從細(xì)胞中去除并研究對細(xì)胞過程的影響。為了消耗蛋白質(zhì)，研究人員掌握了兩種主要技術(shù)：CRISPR / Cas的基因組編輯和RNA干擾(RNAi)。通過分別靶向細(xì)胞的DNA或RNA，它們有效地關(guān)閉蛋白質(zhì)的產(chǎn)生。然而，這些方法僅間接影響蛋白質(zhì)量，不適用于所有類型的細(xì)胞和蛋白質(zhì)。到目前為止，還沒有普遍適用的技術(shù)可以克服這些限制。

德國哥廷根馬克斯普朗克生物物理化學(xué)研究所的科學(xué)家和英國劍橋的MRC分子生物學(xué)實驗室的科學(xué)家們已經(jīng)成功開發(fā)了一種名為Trim-Away的新方法。“通過Trim-Away，有可能首次直接靶向任何類型細(xì)胞中的任何蛋白質(zhì)，”生物物理化學(xué)MPI主任Melina Schuh表示。“在幾分鐘內(nèi)使用和去除蛋白質(zhì)非常簡單。這比使用基因組編輯或RNAi所能達(dá)到的任何速度快得多 - 使用這些技術(shù)，耗盡蛋白質(zhì)通常需要數(shù)小時甚至數(shù)天。這樣就可以節(jié)省細(xì)胞時間制定補償損失的機制，有時會掩蓋實際影響。此外，細(xì)胞。通過Trim-Away，我們現(xiàn)在可以縮小這個差距。“”我們現(xiàn)在基本上可以從身體中獲取任何細(xì)胞并快速破壞細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)，使我們能夠立即研究對細(xì)胞過程的影響，“第一作者Dean Clift補充道。

利用細(xì)胞蛋白質(zhì)的技能

這項新技術(shù)的核心是在Leo James的MRC LMB實驗室中發(fā)現(xiàn)的一種蛋白質(zhì)：Trim21。Trim21識別進(jìn)入與病毒相連的細(xì)胞的抗體。它與這些抗體結(jié)合，將抗體 - 病毒復(fù)合物標(biāo)記為“垃圾”，并將其交給細(xì)胞的“垃圾槽”，即蛋白酶體。Schuh意識到Trim21的這種能力可以幫助她克服她在研究中遇到的問題：通過基因組編輯或RNAi從蛋細(xì)胞中消耗特定蛋白質(zhì)是非常困難的，因為這些細(xì)胞中的許多蛋白質(zhì)都很長壽。 。Schuh現(xiàn)在想要使用Trim21作為分子工具：她與Clift一起，將抗體引入卵細(xì)胞，這種抗體針對特定的細(xì)胞蛋白而不是針對病毒。Trim21識別抗體并將抗體結(jié)合的蛋白質(zhì)遞送至蛋白酶體以進(jìn)行破壞。幾分鐘后，蛋白質(zhì)從細(xì)胞中消失。將Trim21重新定向到感興趣的蛋白質(zhì)是Trim-Away的核心原則。“基本上，Nature的工具箱為我們提供了我們所需的所有組件。訣竅是選擇合適的組件并將它們組合成一個適合我們目的的系統(tǒng)，”Schuh總結(jié)道。

困難在于許多細(xì)胞類型沒有足夠量的Trim21來應(yīng)對去除所有抗體結(jié)合蛋白的任務(wù)。研究人員通過將額外的Trim21蛋白與抗體一起遞送到細(xì)胞中來克服這個問題。一個小的“電擊”使細(xì)胞攝取蛋白質(zhì)。“當(dāng)我們十年前首次將Trim21鑒定為抗體受體時，隨后展示了它如何有效地破壞病毒蛋白質(zhì)，我們意識到它可能是一種強大的工具，如果重新針對細(xì)胞蛋白質(zhì)。但是，結(jié)果甚至比我們想象的更加顯著，“詹姆斯說。這也適用于Trim-Away對長壽命蛋白質(zhì)和原代細(xì)胞的適用性，這些細(xì)胞是直接從組織中取出的細(xì)胞。

另一個應(yīng)用是巨噬細(xì)胞，一種白細(xì)胞：“巨噬細(xì)胞完全無法進(jìn)行基因組編輯或RNAi，因為它們特別擅長識別外源DNA和RNA，這是這些技術(shù)的核心組成部分”，James解釋說。“通過Trim-Away，現(xiàn)在可以從巨噬細(xì)胞中消耗蛋白質(zhì)來研究它們在這種特定細(xì)胞類型中的功能。”

摧毀引起疾病的蛋白質(zhì)變種

Trim-Away的一個特點是它可以利用抗體的顯著特異性，它不僅可以區(qū)分不同的蛋白質(zhì)，還可以區(qū)分同一蛋白質(zhì)的兩種不同變體。這些變體在許多疾病中起重要作用。一個突出的例子是亨廷頓病，這是一種遺傳性神經(jīng)退行性疾病，由個體編碼蛋白質(zhì)亨廷頓蛋白的兩個拷貝之一的突變引起?？茖W(xué)家們表明，Trim-Away可用于從組織培養(yǎng)細(xì)胞中去除致病的亨廷頓變異體，同時保持“正常”變體不受損害。“當(dāng)然，讓它在細(xì)胞培養(yǎng)中發(fā)揮作用與治愈疾病完全不同，”Schuh強調(diào)說。“治療應(yīng)用還很遙遠(yuǎn)。