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我国科学家开发新型蛋白质相互作用标记技术

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图. PUP-IT系统标记蛋白质相互作用原理示意图

  在国家自然科学基金项目(项目编号:31570767、31670919)等资助下,上海科技大学庄敏/王皞鹏课题组合作开发出一种新型临近分子标记技术,研究成果以“A Proximity-Tagging System to Identify Membrane Protein-Protein Interactions”(鉴定膜蛋白相互作用的临近标记系统)为题,于2018年8月13日在线发表于国际著名期刊Nature Methods(《自然•技术》)。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41592-018-0100-5。

  细胞内的各种复杂生理活动、细胞对外界环境的反应,都以蛋白质之间的相互作用为纽带,形成复杂信号转导网络系统。蛋白质相互作用包括形成较稳定的蛋白质复合物或瞬时相互作用两类。一些蛋白质之间的瞬时相互作用有重要的生理功能,但是由于比较微弱,常规方法难以检测。近年来,临近标记技术正在被逐渐应用到蛋白质相互作用的研究中。其原理是在已知蛋白上融合一个具有临近标记功能的酶,通过酶介导的蛋白质共价修饰将与已知蛋白相互作用的蛋白标记上生物素,从而使原本不易被检测的相互作用蛋白被发现和鉴定。但是目前临近标记技术常用的两个酶都有比较大的局限性:BioID方法应用的biotin ligase(生物素连接酶)突变体的活性不够高,而APEX方法应用的peroxidase(过氧化酶)需要在反应体系里添加过氧化氢。

  庄敏和王皞鹏课题组合作开发了一种不同于BioID和APEX的新型邻近标记技术,命名为PUP-IT (Pupylation-based interaction tagging)。PUP-IT利用了细菌中的Pup连接酶PafA,通过将邻近蛋白标记上小分子蛋白Pup来实现对蛋白质相互作用的捕捉。Pup系统不但能对临近蛋白进行标记,而且能够捕捉到蛋白质之间微弱的相互作用。他们将PUP-IT系统应用到T细胞表面受体CD28的研究中,鉴定到了多个已知与CD28相互作用的蛋白,并且发现了大量潜在的未报道的CD28相互作用蛋白。

与BioID和APEX等传统的临近标记技术相比,PUP-IT技术有一定的优势。首先,PUP技术的底物分子不容易从酶上脱落,从而降低了标记的背景噪声;另外由于PUP-IT的底物是小分子蛋白,因此更容易被应用到组织或动物上,于在体水平(in vivo)鉴定和检测蛋白质相互作用。


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