生命学院庄敏课题组开发研究膜蛋白相互作用的新型分子工具

我校生命学院庄敏教授课题组通过改造原核生物中的蛋白质降解系统, 开发了一种新型的研究膜蛋白之间相互作用的分子工具（PUP-IT，pupylation-based interaction tagging）。北京时间2018年8月14日凌晨，相关成果以“A proximity-tagging system to identify membrane protein–protein interactions”为题，在国际知名学术期刊《自然-方法》（Nature Methods）上在线发表。

蛋白质之间的相互作用在细胞间的信息交流、细胞内的信号转导等一系列基本生物过程中扮演着不可替代的角色。准确找出某一目标蛋白的相互作用蛋白，不仅有助于更全面地了解该目标蛋白的功能，还能促进细胞内信号通路的蛋白组成得以更完善的解析，也对为今后可能的药物靶点设计提供了更多可能。

相对于细胞质中蛋白质的相互作用，检测位于细胞膜和细胞器膜上的蛋白质的相互作用面临着更大的挑战：膜结构上的蛋白不易提取，相互作用时间短且作用力十分微弱，研究蛋白质之间相互作用的传统方法并不完全适用于膜蛋白。近年来，以APEX和BioID为代表的蛋白邻近催化标记技术逐渐进入研究者的视野。邻近标记技术通过在诱饵蛋白上融合具有邻近标记功能的酶来实现对微弱相互作用蛋白的共价标记，使得原本不易被检测的蛋白间微弱相互作用或膜蛋白间的相互作用能够被鉴定。在这项最新的研究中，庄敏教授课题组从原核生物中找到灵感，建立了一种新型的邻近催化标记分子工具PUP-IT。PUP-IT系统的标记效率和检测灵敏性优于其它的蛋白邻近催化标记技术，且此系统对细胞本身功能没有影响，有更宽广的适用范围。目前，PUP-IT技术已申请了中国专利，并通过PCT途径申请了国际专利。

在本研究中，研究人员首先在细胞外对PUP-IT系统进行了验证性实验。结果表明PUP-IT系统能在体外对邻近蛋白进行催化标记，并且能够捕捉到蛋白质之间微弱的相互作用。随后PUP-IT被应用于T细胞共刺激分子CD28的研究中。通过与对照组的结果分析，研究人员鉴定到了已知的与CD28有相互作用的蛋白，这表明PUP-IT系统能够被应用于细胞膜表面的蛋白质相互作用研究。最后，研究人员还在细胞表面的受体和配体的相互作用等方面对PUP-IT系统进行了一系列拓展性的实验。

该论文中，庄敏课题组2014级硕博连读研究生刘强、2015级硕博连读研究生郑骏为共同第一作者，庄敏教授、王皞鹏教授为共同通讯作者，上科大为第一完成单位。上科大生命学院张力烨教授和质谱平台郝丕良主任提供了数据分析，并参与写作及指导工作。本课题也得益于生命学院分子细胞平台和分子影像平台的有力支持。该项研究得到了上科大科研启动基金、国家自然科学基金、上海市科学技术委员会的支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41592-018-0100-5

PUP-IT的工作原理示意图