新方法让研究人员能够检测单细胞中非常接近的蛋白质

今天，大多数确定细胞内蛋白质的方法都依赖于粗略的普查——科学家通常会先研磨一大群细胞，然后再对它们的遗传物质进行表征。但是，正如100个单身人口在许多方面与20个五口之家的人口不同一样，这种描述未能捕捉到有关蛋白质如何相互作用和聚集成功能组的信息。

现在，芝加哥大学普利兹克分子工程学院(PME)的研究人员开发了一种方法，可以让他们更轻松地研究细胞内蛋白质是否彼此靠近。该技术可以与更多常规基因测序同时进行，在《自然方法》杂志上有所描述。

“这是一种研究单个细胞内蛋白质功能的简化且高通量的方法，”分子工程学教授、新作品的资深作者SavasTay说。“我认为这种方法将成为分子生物学界的主要资源。”

专注于功能

近年来，随着快速且廉价的基因测序技术的出现，科学家们转向单细胞mRNA测序来获取细胞内部状态的快照。通过对细胞的所有mRNA分子(编码蛋白质)进行测序，他们可以了解细胞可能正在积极使用哪些蛋白质。但这种蛋白质丰度的代表并不能说明全部情况。

“仅仅知道某些蛋白质的丰度并不总能为您提供有关细胞功能的信息，”Tay说。“通常，蛋白质是否具有功能活性不仅与它们是否存在有关，还与它们是否正在形成复合物有关。”

Tay想捕捉蛋白质在物理上是否彼此靠近——并以快速、高通量的方式进行，而不是依靠显微镜来可视化它们的位置或一次分离一些蛋白质以进行更仔细的检查。

他和他的同事开发了分子探针，这些探针附着在感兴趣的蛋白质上，并具有向外延伸的DNA标签。如果两种蛋白质在物理上彼此靠近，这些DNA探针就会像魔术贴一样粘在一起。研究人员可以设置实验，以这种方式同时探测数百种蛋白质。然后，他们使用常规测序方法读回任何相互结合的DNA探针，并确定哪些蛋白质配对。

“在细胞内的广阔空间中，两个探针不太可能找到彼此，除非它们与附近的蛋白质结合，”Tay说。“所以当探针结合时，这告诉我们这些蛋白质非常靠近。”

由于这种称为Prox-seq的方法使用标准测序，研究人员可以在分析感兴趣的蛋白质的同时分析细胞的mRNA，以帮助回答有关mRNA与蛋白质丰度和功能之间相关性的问题。

概念验证研究

为了说明Prox-seq的实用性，Tay的团队首先在B细胞和T细胞(人类免疫细胞的两个亚群)上对其进行了测试。他们发现，该技术可以仅根据每种细胞类型中存在的蛋白质-蛋白质相互作用来区分细胞。它还可以根据细胞内蛋白质组组织方式的微小差异来识别以前未知的细胞亚群。使用人源外周血单核细胞，他们同时测量了每个细胞上的38种蛋白质、741种蛋白质复合物和数千种mRNA，并发现了一种新的蛋白质复合物，它定义了幼稚T细胞。

然后，该小组使用Prox-seq研究当细胞因病原体而被激活时，蛋白质如何改变巨噬细胞(另一种类型的免疫细胞)中的排列。他们再次确定了已知的相互作用蛋白质对以及新的蛋白质组，这些蛋白质不仅可用于识别巨噬细胞是否已被激活，而且可用于识别它接触的病原体类型。

“这表明我们的方法不仅可以验证我们已经知道的蛋白质-蛋白质复合物，而且可以发现蛋白质之间的新相互作用，”Tay说。

到目前为止，研究人员只测试了细胞表面蛋白质的方法;他们现在正在努力将其扩展到更多类型的蛋白质，以开发方法来准确解决细胞内蛋白质相互作用的位置。