Science：细胞内蛋白编辑可让非经典氨基酸残基整合到内源性蛋白中

来源：100医药网 2025-05-20 17:04

在这项新的研究中，研究人员介绍了一种在活的哺乳动物细胞内编辑蛋白序列的方法，这种方法可在特定位点将化学修饰的氨基酸、表位标签或其他肽片段整合到内源性或外源性表达的蛋白中，并可进行时间控制。

在一项新的研究中，来自宾夕法尼亚大学的研究人员开发出一种强大的新研究工具，用于揭示蛋白在活细胞内如何发挥作用。这种技术能够快速、精确、以最小的破坏性将氨基酸和化学标签整合到哺乳动物活细胞内的蛋白中。相关研究结果发表在Science杂志上。

在活细胞环境中研究蛋白对于了解生物功能至关重要。基因编码标签（包括荧光蛋白和表位序列）被广泛用于监测蛋白的行为。较大的标签可能会改变蛋白的定位或破坏蛋白的天然相互作用。小分子标签对结构的干扰较小，但仍难以在活细胞内使用。抗体是另一种方法，但由于其大小和特异性，通常与活细胞实验不兼容。

大多数现有技术缺乏时间精度，无法捕捉与细胞信号传导和适应相关的时间尺度上的蛋白活动。一种能在天然表达条件下对蛋白进行精确、和快速标记的技术仍未问世。

在这项新的研究中，研究人员介绍了一种在活的哺乳动物细胞内编辑蛋白序列的方法，这种方法可在特定位点将化学修饰的氨基酸、表位标签或其他肽片段整合到内源性或外源性表达的蛋白中，并可进行时间控制。

研究人员利用两种就像可编程的剪接开关发挥作用的工程分子工具开发了一种用于蛋白编辑的分子机器。当供体蛋白进入细胞时，这两种工具就会激活，并将选定的蛋白片段精确地插入靶细胞内的特定位置。

插入的肽片段被无缝连接起来，而这种使插入得以进行的分子机器则被移除。蛋白编辑既可以插入新的特征，也可以恢复原有特征，这取决于这种系统的配置方式。

蛋白编辑首次使用模型蛋白（包括 calnexin 和 -actin）进行了演示。通过印迹、显微镜和质谱分析，证实了在这些蛋白中成功插入新的氨基酸序列。蛋白编辑在将供体蛋白送入细胞后 10 分钟内完成，速度之快是其他标记方法无法达到的。

在进一步的测试中，该方法被应用于具有重要细胞功能的蛋白，包括转录因子 c-Myc 和激酶 Chk1。特定的蛋白片段暂时被可识别的标签取代，然后恢复到原来的序列。蛋白编辑后，这两种蛋白都保持了正常的活性，表现为磷酸化事件和保留的DNA结合相互作用。

细胞内蛋白编辑

研究人员还证实，通过修改供体蛋白，使其含有一个带有化学手柄（chemical handle）的合成氨基酸，编辑后的蛋白可以携带荧光团或生物素等小分子。

在体外对这些蛋白进行标记后，这些经修饰的蛋白被递送到哺乳动物细胞中，并剪接成 -actin 或内源性钙粘蛋白等靶标。标记的蛋白保留了正确的细胞定位，可使用共聚焦显微镜进行追踪，或使用亲和纯化法进行分离。

研究人员还测试了脂质纳米颗粒，作为电传递蛋白的替代方法。使用这两种方法都能成功地进行蛋白编辑，不过当供体蛋白的尾部带负电荷以协助递送时，脂质纳米颗粒尤其有效。

来自经过编辑的蛋白的荧光信号可持续数小时，并与细胞内靶蛋白的预期位置相吻合。例如，Calnexin定位于内质网，而 -actin则组装在细胞骨架中。未经编辑或不适当递送的蛋白发出的信号很快消失，这表明背景干扰极小。剪接在几分钟内完成，因此可以在生物学相关的时间尺度上获取蛋白群体。

这种技术的潜在应用范围涵盖分子细胞生物学，对疾病研究、药物开发和生物技术具有重要意义。（ 100yiyao.com）

参考资料：

Jenna N. Beyer et al, , Science (2025). DOI: 10.1126/science.adr5499.

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