Cell重要成果：繪制凋亡蛋白質組圖譜

日期：2012-07-23 08:24:26

斯克里普斯研究所的科學家們同時繪制出了細胞中兩種最重要的蛋白質修飾類型的圖譜，揭示了在凋亡這一重要細胞過程中它們之間廣泛的協同作用。相關論文發表在7月20日的《細胞》（Cell）雜志上。

磷酸化（Phosphorylation）和蛋白質水解（proteolysis）幾乎總是被獨立開展研究。新研究聯合多種技術在細胞群中繪制了所有蛋白質事件的圖譜揭示了它們是如何協同作用來執行稱之為凋亡的細胞“自毀程序”的。

關于細胞凋亡的這些特異的研究結果有可能促使開發出新的癌癥診斷和藥物，因為癌癥治療的目的往往是誘導惡性細胞發生凋亡。更為重要的是，該研究標志著開發出了一種新的“蛋白質組學”基本工具，應該會提供對于許多細胞過程的有用的見解。

“檢測蛋白質調控信號間的相互串擾長期以來是一個挑戰，因此利用這項新技術，我們能夠開始從事過去很難或是不可能的分析，”該研究的資深調查員、斯克里普斯研究所化學生理學系主任及教授、Skaggs化學生物學研究所成員Benjamin F. Cravatt說。

需要一種全面的方法

磷酸化和蛋白質水解是細胞中最重要的蛋白質修飾機制。它們由酶介導，發生在蛋白質從遺傳物質翻譯過來并進行折疊之后。一些蛋白質水解和磷酸化事件可作用激活蛋白質，使其能夠參與到重大的細胞過程中；另一些則起失活蛋白質的作用。

以往對于磷酸化和蛋白質水解的研究表明有時兩種機制會協同發揮作用，尤其是在凋亡過程中。但是這樣的研究一直是側重在對單個凋亡驅動酶和它們的生物化學伴侶上，而非細胞內“全面的”凋亡過程。

“在這項研究中，我們希望建立一種全面的方法讓我們看到凋亡過程中蛋白質水解和磷酸化之間所有的串擾跡象，”Cravatt實驗室研究助理Melissa M. Dix說。Dix與華盛頓大學博士后研究人員、當時的研究生Gabriel M. Simon為文章的共同第一作者。

新見解

Dix和Simon曾建立了一種較早的蛋白質水解繪圖方法，他們在2008年的一篇《Cell》論文中描述了這一稱作為PROTOMAP的技術。它可用于生成目的過程中細胞內蛋白質裂解事件的詳細圖像。在新研究中，研究人員添加了一種檢測磷酸化事件的技術，再結合近期開發的蛋白質組學技術SILAC，使得研究人員能夠區分指定樣本中來自不同細胞群的蛋白質拷貝。研究人員隨后將這些組合的技術應用到了對照細胞和凋亡細胞群，以便找到只發生在凋亡過程中的蛋白質水解和磷酸化事件。

他們檢測到了超過700種凋亡特異性蛋白質水解事件，大多是由稱作caspases的凋亡驅動酶介導，包括了許多從前未曾報到的事件。新圖譜也首次揭示了磷酸化事件的廣泛的凋亡特異性的網絡，其中許多與蛋白質水解事件明確相關。“只查看磷酸化事件的圖譜，我們就可以看到它們在已知caspase裂解的位點非常的常見，”Dix說。

以往的研究提示靠近蛋白質caspase裂解位點的磷酸化作用總是傾向于阻止此裂解。新的數據顯示了其他方面。“我們可以看到這些凋亡特異性磷酸化有時存在于caspase裂解片段中，”Dix說。

Dix和Simon證明在某些情況下這些磷酸化作用促進了caspase裂解事件；在其他情況下，裂解事件也促進了磷酸化作用。同樣，他們證實一些在凋亡過程中磷酸化蛋白質的激酶直到它們被caspases裂解激活才能發揮作用。“我們一直傾向于分別研究蛋白質水解和磷酸化作用，然而現在很清楚它們之間密切相關，需要這樣來看待，”Dix說。

癌癥治療的潛在應用

Cravatt實驗室現在正將此研究中開發的這些技術應用到其他分析中，開始著手多種細胞類型中的凋亡研究。他們在剛發表的研究中采用的urkat T細胞常被用于檢測凋亡，因為其很容易被誘導經歷這一過程。“但每個細胞類型都有自己的一套起作用的蛋白，當經受凋亡時給予了它不同的標記，”Cravatt說。

在特定細胞類型中檢測凋亡的技術將在癌癥診斷和治療時用得上。腫瘤細胞通常會對凋亡產生耐受，而化療往往是通過戰勝這一抵抗來殺死腫瘤細胞。Dix、Cravatt和同事們現在正試圖確定某些磷酸化蛋白質片段是否能夠被用作癌細胞中高度特異性的凋亡‘生物標記物’，在一次簡單的血液測試中就可檢測到。“這樣的測試會告訴你癌癥藥物是否正在發揮作用，”Cravatt說。

來自這些凋亡研究的數據資源有可能幫助研究人員設計出凋亡誘導癌癥藥物，他指出凋亡只不過是新繪圖技術可用于闡明的一個細胞過程。