TPCA技術在蛋白質組學層面分析複合物的動態變化

大家好，這周我分享的文章是最新發表在Science上的文章「Thermalproximity coaggregation for system-wide profiling of protein complex dynamics in cells」。本文通訊作者是來自新加坡南洋理工大學的P?r Nordlund教授，他是知名的結構生物學家，近幾年參與開發的Cellular thermalshift assay(CETSA)被廣泛應用。

細胞中蛋白之間的相互作用是時空變換的，蛋白相互作用形成的複合物在生物大分子網路中起著重要作用。各種方法的發展促使目前人們對蛋白蛋白相互作用網路的了解較為清楚，但是這些蛋白蛋白相互作用以及蛋白複合物在不同細胞類型間，不同生理與疾病狀態等條件下的差異並不清楚。發展高效，系統和無前提假設的方法鑒定發生差異的蛋白複合物會加速生物學研究。

在這篇文章中，作者探索了將CETSA技術應用與鑒定蛋白複合物的動態變化的可能性。在之前的研究中，CETSA技術與多重定量蛋白質組學技術結合產生的Thermal proteome profiling技術實現了上千個蛋白熔解曲線的繪製。作者在分析這些熔解曲線數據過程中提出了一個假設：相互作用的蛋白在加熱變性的過程中會產生相似的熔解曲線，通過觀察相互作用蛋白熔解曲線的變化來判斷其相互作用的變化，作者將此策略命名為Thermal proximity coaggregation(TPCA)。

作者首先在cdk2/cyclinE1複合物上驗證了這個假設，發現形成複合物後比蛋白獨立存在時熱穩定性顯著提高，且複合物中兩個蛋白的熔解曲線非常接近。基於此作者分析了已報道具有相互作用的蛋白的熔解曲線，作者發現相互作用蛋白熔解曲線的相似度顯著大於所有蛋白間的相似度，這種相似度在活細胞水平中比細胞裂解液中更為明顯，作者認為是裂解細胞過程中會導致相互作用的破壞。作者進一步分析發現熔解曲線的相似度與相互作用強度和丰度呈正相關，因此熔解曲線的變化可一定程度反應蛋白相互作用的程度。運用此方法，作者鑒定到很多蛋白複合物在蛋白丰度變化不大的情況下再細胞S期中發生了變化，其中包括了染色體結合的複合物。通過測定六種細胞系蛋白的熔解曲線，作者鑒定到了一些細胞特異性的蛋白蛋白相互作用。

總之，作者認為他們的方法可以系統研究非工程化細胞甚至組織樣品中的蛋白蛋白相互作用，以及在疾病狀態下的差異。

參考文獻: C. S. H. Tan et al., Science 10.1126/science.aan0346 (2018).

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