鄒鵬課題組開發基因編碼的光控蛋白質标記新技術

2023年5月23日，beat365官方网站、合成與功能生物分子中心、北大-清華生命科學聯合中心、IDG/麥戈文腦科學研究所鄒鵬課題組在《自然-通訊》發表題為“Genetically encoded photocatalytic protein labeling enables spatially-resolved profiling of intracellular proteome”的研究論文，報道了一種基因編碼的可見光催化時空分辨蛋白質組鄰近标記新技術。

真核細胞中高度區室化的亞細胞結構為不同的細胞生理過程提供了特定的化學環境，而蛋白質作為執行生命活動的主要分子，其執行的生理功能與其所處的亞細胞定位密切相關。因此研究細胞内蛋白質分子在各區域的精細分布對于理解細胞生命活動具有重要意義。傳統研究手段包括基于免疫熒光的成像技術、基于免疫沉澱的生化分離技術等，然而這些手段存在着分析通量較低、時空分辨率差、缺乏亞細胞區域普适性等缺點。

針對這些難題，鄒鵬課題組開發了由可見光引發的光催化蛋白質标記與鑒定技術RinID。該方法利用可見光激發遺傳靶向的蛋白質光催化劑miniSOG，由此産生的單線态氧可以對鄰近蛋白質分子上的組氨酸進行氧化。于此同時，氧化産物被外源加入的小分子氨基探針原位捕獲，将一個生物正交官能團共價交聯到蛋白質上，進而通過親和富集得以純化，利用液相色譜串聯質譜進行蛋白質組檢測。标記的空間特異性由兩方面保證，一是miniSOG能夠通過遺傳靶向（融合特定蛋白質或定位肽）精準定位于特定的亞細胞區域，二是單線态氧具有微秒尺度的壽命從而将标記半徑局限在幾十納米的空間範圍内。

鄒鵬課題組利用RinID技術系統研究了多個亞細胞區域的蛋白質組，包括線粒體、内質網、細胞核等，均獲得了出色的空間特異性（>90%），高于目前常用的APEX2、TurboID等技術。進一步地，他們利用了光控标記的标記窗口可控與毒性較低的特征，将脈沖-追蹤式标記與RinID結合，發展了Pulse-chase RinID方法，在HeLa細胞的内質網腔中鑒定了97種蛋白質在0-24小時内在細胞中的清除速率。由此發現，分泌蛋白相比于内質網駐留蛋白具有更高的清除速率。

RinID具有操作簡單、空間選擇性高、時間窗口高度可控、生物相容性好的特點，将成為一項适合于在多種生物系統中研究亞細胞轉錄組的新技術。另外值得強調的一個優勢是，鄒鵬課題組在2019年與2020年相繼報道了由miniSOG介導的光催化标記活細胞局部的RNA（https://www.nature.com/articles/s41589-019-0368-5）與DNA（https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202005486）技術CAP-seq。新報道的蛋白質組标記RinID技術進一步拓展了可見光催化的時空分辨标記工具箱，可以實現用同一個光催化标簽蛋白、同一個細胞系來同時實現蛋白質組、轉錄組、基因組的标記，為開展多維組學研究提供了重要工具。

beat365官方网站博士生鄭甫為該論文第一作者，鄒鵬研究員為論文通訊作者。該工作得到了北大-清華生命科學聯合中心、科技部、國家自然科學基金委的資助。

https://www.nature.com/articles/s41467-023-38565-8