Science:利用TPCA方法分析细胞中的蛋白复合物动态变化

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在一项新的研究中，来自新加坡科技研究局、新加坡国立大学、新加坡南洋理工大学和杜克-新加坡国立大学医学院的研究人员开发出一种被称作热邻近共聚(thermal proximity coaggregation, TPCA)的方法来系统性地分析细胞中的蛋白复合物动态变化。相关研究结果发表在2018年3月9日的Science期刊上，论文标题为“Thermal proximity coaggregation for system-wide profiling of protein complex dynamics in cells”。论文通信作者为新加坡科技研究局的Chris Soon Heng Tan博士和南洋理工大学的Pär Nordlund教授。

图片来自Daniel Martinez Molina。

TPCA是基于Nordlund团队在2013年开发出的一种被称作细胞热转移测定(Cellular Thermal Shift Assay, CETSA)的方法而被开发出来的(Science, 05 Jul 2013, doi:10.1126/science.1233606)。CETSA的操作过程是首先将药物与细胞裂解液或活细胞进行孵育，然后分别进行梯度加热。经过加热后，孵育体系中仍保持折叠状态的配体（如药物分子）结合蛋白相对稳定, 而没有结合配体的蛋白会解折叠，从而迅速变性产生沉淀。然后，可溶性蛋白可以通过离心或过滤从沉淀蛋白中分离出来并进行定量，孵育体系中可溶性蛋白量也就是仍保持折叠状态的蛋白量，进而对可溶性蛋白部分进行热稳定性分析。检测稳定结合蛋白的方法通常采取蛋白质印迹法(Western Blot)和基于质谱的技术，通过拟合溶解曲线计算蛋白的溶解温度(Tm)。Tm值的变化间接反映蛋白质热稳定性的变化，从而在细胞内追踪药物的作用。利用这种方法，Nordlund团队在细胞水平和动物模型水平上都直接测量了药物分子是否到达并结合到它们的靶蛋白上。

2014年，Nordlund团队利用CETSA对人K562细胞进行热量蛋白质组分析(thermal proteome profiling)发现了血红素生物合成酶铁螯合酶(ferrochelatase, FECH)与BRAF抑制剂威罗菲尼(vemurafenib)和ALK抑制剂艾乐替尼(alectinib)的相互作用，证实由威罗菲尼和其他药物诱导的光敏性是由铁螯合酶介导的，，从而为深入了解脱靶引起的毒副作用和药理作用提供了重要的信息(Science, 03 Oct 2014, doi:10.1126/science.1255784)。

蛋白之间的相互作用在不同的细胞状态和条件下是不断变化的，由蛋白相互作用形成的蛋白复合物在细胞中发挥着重要的作用。但是这些蛋白之间的相互作用和由此形成的蛋白复合物在不同细胞中、在不同生理状态和不同疾病状态下的差异仍未得到充分理解。

在这项新的研究中，Nordlund团队尝试着利用CETSA方法分析细胞中的蛋白复合物发生的动态变化。这些研究人员猜测蛋白复合物中的蛋白亚基在加热变性后往往聚合在一起。他们利用CETSA方法确定上千种蛋白的溶解曲线，然后基于这些溶解乳腺之间的相似性分配一种TPCA特征，由此获得的这种方法就被称作TPCA。这种方法在很多已知的蛋白复合物中得到验证，可用来高通量地监控细胞内的蛋白复合物动态变化。

这些研究人员利用TPCA方法鉴定出很多没有差异性蛋白表达的蛋白复合物，如在细胞周期的S期期间受到调节的染色质结合蛋白复合物。他们还利用这种方法鉴定出6种细胞系中的细胞特异性的蛋白相互作用，这突显了这种方法在鉴定受到疾病影响的蛋白复合物的潜力。

原始出处：

Chris Soon Heng Tan, Ka Diam Go, Xavier Bisteau et al. Thermal proximity coaggregation for system-wide profiling of protein complex dynamics in cells. Science, 09 Mar 2018, 359(6380):1170-1177, doi:10.1126/science.aan0346
Xiao-Han Li, Pavithra L. Chavali, M. Madan Babu. Capturing dynamic protein interactions. Science, 09 Mar 2018, 359(6380):1105-1106, doi:10.1126/science.aat0576

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