如何破坏任何细胞中的任何蛋白质

在我们的身体中，蛋白质几乎完成所有必需的过程，蛋白质故障导致许多疾病。为了研究蛋白质的功能，研究人员将其从细胞中移除，然后分析其后果。目前它们通常可以使用的两种方法是CRISPR / Cas的基因组编辑和RNA干扰。它们分别作用于DNA或RNA的水平。然而，它们对蛋白质含量的影响是间接的并且需要时间。来自德国和英国的科学家现在提出了一种名为Trim-Away的新方法，该方法可以直接快速地从任何细胞类型中消耗蛋白质。由于Trim-Away可以区分蛋白质的不同变体，它也为疾病的治疗开辟了新的场所。

在每个活细胞中，有数千种蛋白质在起作用。他们的曲目包括从催化生化反应到塑造细胞表面或发送和接收信号的任何内容。功能失常的蛋白质会引起各种疾病，包括癌症和神经变性。因此，分子生物学家了解蛋白质如何在其自然环境 - 细胞中起作用，这是非常重要的。

为了研究蛋白质的功能，最重要的策略之一是将其从细胞中去除并研究对细胞过程的影响。为了消耗蛋白质，研究人员掌握了两种主要技术：CRISPR / Cas的基因组编辑和RNA干扰(RNAi)。通过分别靶向细胞的DNA或RNA，它们有效地关闭蛋白质的产生。然而，这些方法仅间接影响蛋白质量，不适用于所有类型的细胞和蛋白质。到目前为止，还没有普遍适用的技术可以克服这些限制。

德国哥廷根马克斯普朗克生物物理化学研究所的科学家和英国剑桥的MRC分子生物学实验室的科学家们已经成功地开发了一种新方法，称为Trim-Away。“通过Trim-Away，有可能首次直接靶向任何类型细胞中的任何蛋白质，”生物物理化学MPI主任Melina Schuh表示。“在几分钟内使用和去除蛋白质非常简单。这比使用基因组编辑或RNAi所能达到的任何速度快得多 - 使用这些技术，耗尽蛋白质通常需要数小时甚至数天。是时候制定机制来弥补损失，这有时掩盖了实际效果。此外，基因组编辑和RNAi不适合研究原代细胞中的长寿蛋白质或蛋白质。通过Trim-Away，我们现在可以缩小这个差距。“”我们现在基本上可以从身体中获取任何细胞并快速破坏细胞内的蛋白质，使我们能够立即研究对细胞过程的影响，“第一作者Dean Clift补充道。

利用细胞蛋白质的技能

这项新技术的核心是在Leo James的MRC LMB实验室中发现的一种蛋白质：Trim21。Trim21识别进入与病毒相连的细胞的抗体。它与这些抗体结合，将抗体 - 病毒复合物标记为“垃圾”，并将其交给细胞的“垃圾槽”，即蛋白酶体。Schuh意识到Trim21的这种能力可以帮助她克服她在研究中遇到的问题：通过基因组编辑或RNAi从蛋细胞中消耗特定蛋白质是非常困难的，因为这些细胞中的许多蛋白质都很长寿。 。Schuh现在想要使用Trim21作为分子工具：她与Clift一起，将抗体引入卵细胞，这些抗体针对特定的细胞蛋白，而不是针对病毒。Trim21识别抗体并将抗体结合的蛋白质递送至蛋白酶体以进行破坏。几分钟后，蛋白质从细胞中消失。将Trim21重新定向到感兴趣的蛋白质是Trim-Away的核心原则。“基本上，Nature的工具箱为我们提供了我们所需的所有组件。诀窍是选择合适的组件并将它们组合成一个适合我们目的的系统，”Schuh总结道。

困难在于许多细胞类型没有足够量的Trim21来应对去除所有抗体结合蛋白的任务。研究人员通过将额外的Trim21蛋白与抗体一起递送到细胞中来克服这个问题。一个小的“电击”使细胞摄取蛋白质。“当我们十年前首次将Trim21鉴定为抗体受体时，随后展示了它如何有效地破坏病毒蛋白质，我们意识到它可能是一种强大的工具，如果重新针对细胞蛋白质。但是，结果甚至比我们想象的更加显着，“詹姆斯说。这也适用于Trim-Away对长寿命蛋白质和原代细胞的适用性，这些细胞是直接从组织中取出的细胞。

另一种应用是巨噬细胞，一种白细胞：“巨噬细胞完全无法进行基因组编辑或RNAi，因为它们特别擅长识别外源DNA和RNA，这些是这些技术的核心组成部分，”James解释道。“通过Trim-Away，现在可以从巨噬细胞中消耗蛋白质来研究它们在这种特定细胞类型中的功能。”

摧毁引起疾病的蛋白质变种

Trim-Away的一个特点是它可以利用抗体的显着特异性，它不仅可以区分不同的蛋白质，还可以区分同一蛋白质的两种不同变体。这些变体在许多疾病中起重要作用。一个突出的例子是亨廷顿病，这是一种遗传性神经退行性疾病，由个体编码蛋白质亨廷顿蛋白的两个拷贝之一的突变引起。科学家们表明，Trim-Away可用于从组织培养细胞中去除致病的亨廷顿变异体，同时保持“正常”变体不受损伤。“当然，让它在细胞培养中发挥作用与治愈疾病完全不同，”Schuh强调说。“治疗应用还很遥远。

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