上海生科院發現系統研究蛋白質降解組的新方法

　　9月16日，國際學術期刊Cell Research 在線發表了中國科學院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所胡榮貴課題組的最新研究成果，文章中報道了一種基于雙熒光的蛋白質組水平檢測蛋白質穩定性變化的方法（Protein turnover assay, ProTA），以及利用該方法系統地研究了化療藥物蛋白酶體抑制劑硼替佐米(Bortezomib, BTZ)的藥物作用及其腫瘤細胞產生耐藥性的可能機理。

　　蛋白質水平的維持基本穩定和適度動態變化是細胞保持活力和進行生命活動的基本特征和必要前提。蛋白質穩態由蛋白質翻譯、折疊、去折疊、翻譯后修飾及降解等環節組成。其中，蛋白質降解作為蛋白質穩態調控中的終端步驟，對于調節蛋白質的豐度及功能發揮著極其重要的作用。研究表明，蛋白質降解的精細調控著信號傳遞、生存、增殖等幾乎每一個基本細胞生命活動，也影響或決定細胞對包括藥物反應、微生物感染等內外刺激的反應方式和后果。蛋白質降解異常，是癌癥、退行性疾病、腫瘤耐藥性等發生發展的基本特征和成因之一。因此研究蛋白質的降解不僅有助于深化對細胞的基本生命過程以及相關疾病發生發展機制性認識，而且有助于開發新的疾病診治方法。然而，目前可在組學水平系統研究蛋白質降解的工具除質譜技術之外，并不多見。

　　文章第一作者于濤等結合流式細胞儀（FACS）和DNA芯片技術，開發了一種可以在蛋白質組水平相對定量檢測蛋白質穩定性的技術，即ProTA (流程如圖所示)。該技術克服了質譜技術“無法可靠地檢測豐度低但是功能關鍵的蛋白”的瓶頸，應用ProTA技術可以在活細胞中同時監測超過15000多種蛋白質的穩定性及其變化。作為該技術的概念性驗證，作者利用ProTA技術系統研究了目前市值數十億美元的腫瘤化療藥物蛋白質酶體抑制劑BTZ的藥物作用及其腫瘤細胞抗藥性產生的可能機理。該項研究發現BTZ處理導致細胞內脂肪酸代謝和白介素6信號途徑上調等，從而可能參與促進腫瘤耐藥性形成。實驗數據表明，基于這些靶點理性化設計新的藥物聯用方案，可能有助于克服腫瘤細胞對BTZ耐藥性。同時，作者還意外地發現了細胞內重要細胞器蛋白酶體穩態調控的新機制。顯然，ProTA技術作為研究蛋白質降解組的新方法，可以與質譜技術互補使用，在現有基因組、轉錄組等組學水平研究之外，系統研究和表征細胞受到信號刺激如藥物處理和微生物感染、特定基因突變或表達改變、細胞不同發育與分化狀態間的轉變等情況下的關鍵蛋白質及分子網絡的穩定性變化。目前ProTA技術的進一步的系列應用，正在進行或已部分完成，研究成果也在整理中。

　　課題在胡榮貴研究員的指導下完成。參與該研究的合作單位還包括中科院上海生科院生化與細胞所阮康成實驗室、王紅艷實驗室、中科院上海生科院營養所張焱實驗室、上海長征醫院侯健實驗室。該課題獲得復旦大學附屬華山醫院陳字和張濤博士的大力協助。臺灣中研院嚴雪琪研究員、中科院上海生科院生化與細胞所的吳家睿研究員、李黨生研究員、王劼博士、德國歌德大學的Ivan Dikic教授、加州理工學院的Shirley Diamond教授等也提供了非常有益的建議和幫助。該項研究工作得到了中科院、國家科技部、國家自然科學基金委等經費支持。