利用生物素化臨近標記的方式建立了人類細胞圖譜

　　區室化是真核細胞的特征之一，可以將不同的生物化學過程通過空間結構進行劃分。顯微鏡和質譜分析可用于對不同細胞器的蛋白質組進行分析，但是目前針對許多細胞內的區室仍然很難直接采用這兩種方法對其中的相互作用組學進行鑒定。

　　為了對人細胞中的不同區室中的相互作用組進行鑒定，2021年6月2日，加拿大Lunenfeld-Tanenbaum 研究所Anne-Claude Gingras 研究組發文題為A proximity-dependent biotinylation map of a human cell，利用生物素化臨近標記的方式建立了人類細胞圖譜。

　　生物素依賴的臨近標記方法可以用來對細胞中的蛋白質所占據的細胞內環境進行描述。例如BioID技術，使用的是生物素連接酶BirA*（*表示突變型）其中包含一個R118G的位點突變，可以作為“誘餌”與目的蛋白相融合，表達在培養的細胞或者是多細胞體系之中。生物素化的蛋白質隨后可以被鏈霉親和蛋白捕獲，并通過質譜鑒定對相互作用的蛋白進行分析。由于球狀蛋白平均直徑是5-10nm，該技術的標記半徑可以直接對相互作用蛋白進行生物素標記。目前，BioID技術已成功地用于定義許多不同的蛋白質復合物的組成、膜結合和無膜細胞器的空間組織的鑒定。

　　圖1 生物素化臨近標記揭開人細胞蛋白質相互作用組圖譜的工作流程

　　為了進一步對人活細胞中的相互作用蛋白質組進行進一步地鑒定，作者們使用BioID技術對32個不同的細胞組分中234個胞內蛋白標記作為“誘餌”釣取相互作用蛋白，用以建立人活細胞中的蛋白組織結構。每個誘餌蛋白會加上BirA*的標記，然后建立HEK細胞的穩定表達品系。通過對鑒定到相互作用蛋白與陰性對照的比較，作者們對釣取的相互作用因子的可靠性進行評價，其中一共有192個備選的蛋白標記物通過質量評估，共鑒定出了35,902個相互作用因子。

　　圖2 對不同亞細胞定位的蛋白質相互作用組的分析

　　隨后，作者們對不同的亞細胞定位得到蛋白質相互作用組的結果（圖2）與先前大規模顯微鏡觀察以及質譜研究的結果進行比對，對新的相互作用圖譜的準確性進行評估。作者們發現與人類蛋白圖譜（Human Protein Atlas，HPA）等已有圖譜相比，新建立的不同亞細胞定位蛋白相互作用圖譜精確地對蛋白相互作用組進行了預測。

　　線粒體和內質網之間的接觸對于脂質和鈣交換以及線粒體動力學是至關重要的。以線粒體以及內質網亞細胞定位的蛋白相互作用組為例，作者們對該相互作用圖譜的準確性進行了進一步地鑒定。通過對線粒體過氧化物酶體以及內質網膜組分的交叉會話分析，作者們發現兩個GTPases會調節線粒體與內質網的接觸位點。BioID技術揭示出了更多富集在內質網膜上的組分，同時也揭示出了線粒體外膜以及內質網與線粒體接觸位點上的蛋白質相互作用圖譜。另外，BioID的技術也檢測到了一些與線粒體融合相關的因子。這些結果表明，作者們建立的BioID數據庫可以揭示不同亞細胞區室內和不同區室之間的新的蛋白質功能。

　　總的來說，該工作利用生物素化臨近標記的方式建立了人細胞中不同亞細胞定位的蛋白質相互作用組，為進一步揭開人類細胞中蛋白質相互作用提供了更新的、更全面的見解，并且作者們建立了能夠進行用戶訪問的網站humancellmap.org。在未來，人類細胞圖譜需要更進一步的建立更高精度的、更密集誘餌蛋白的相互作用組，以及涵蓋更多不同種類的人類細胞，進一步補充其他蛋白質組學和細胞生物學資源。