Science：利用TPCA方法分析細胞中的蛋白複合物動態變化

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在一項新的研究中，來自新加坡科技研究局、新加坡國立大學、新加坡南洋理工大學和杜克-新加坡國立大學醫學院的研究人員開發出一種被稱作熱鄰近共聚(thermal proximity coaggregation, TPCA)的方法來系統性地分析細胞中的蛋白複合物動態變化。相關研究結果發表在2018年3月9日的Science期刊上，論文標題為「Thermal proximity coaggregation for system-wide profiling of protein complex dynamics in cells」。論文通信作者為新加坡科技研究局的Chris Soon Heng Tan博士和南洋理工大學的P?r Nordlund教授。

圖片來自Daniel Martinez Molina。

TPCA是基於Nordlund團隊在2013年開發出的一種被稱作細胞熱轉移測定(Cellular Thermal Shift Assay, CETSA)的方法而被開發出來的(Science, 05 Jul 2013, doi:10.1126/science.1233606)。CETSA的操作過程是首先將藥物與細胞裂解液或活細胞進行孵育，然後分別進行梯度加熱。經過加熱後，孵育體系中仍保持摺疊狀態的配體（如藥物分子）結合蛋白相對穩定, 而沒有結合配體的蛋白會解摺疊，從而迅速變性產生沉澱。然後，可溶性蛋白可以通過離心或過濾從沉澱蛋白中分離出來並進行定量，孵育體系中可溶性蛋白量也就是仍保持摺疊狀態的蛋白量，進而對可溶性蛋白部分進行熱穩定性分析。檢測穩定結合蛋白的方法通常採取蛋白質印跡法(Western Blot)和基於質譜的技術，通過擬合溶解曲線計算蛋白的溶解溫度(Tm)。Tm值的變化間接反映蛋白質熱穩定性的變化，從而在細胞內追蹤藥物的作用。利用這種方法，Nordlund團隊在細胞水平和動物模型水平上都直接測量了藥物分子是否到達並結合到它們的靶蛋白上。

2014年，Nordlund團隊利用CETSA對人K562細胞進行熱量蛋白質組分析(thermal proteome profiling)發現了血紅素生物合成酶鐵螯合酶(ferrochelatase, FECH)與BRAF抑製劑威羅菲尼(vemurafenib)和ALK抑製劑艾樂替尼(alectinib)的相互作用，證實由威羅菲尼和其他藥物誘導的光敏性是由鐵螯合酶介導的，並且揭示威羅菲尼的潛在脫靶作用，從而為深入了解脫靶引起的毒副作用和藥理作用提供了重要的信息(Science, 03 Oct 2014, doi:10.1126/science.1255784)。

蛋白之間的相互作用在不同的細胞狀態和條件下是不斷變化的，由蛋白相互作用形成的蛋白複合物在細胞中發揮著重要的作用。但是這些蛋白之間的相互作用和由此形成的蛋白複合物在不同細胞中、在不同生理狀態和不同疾病狀態下的差異仍未得到充分理解。

在這項新的研究中，Nordlund團隊嘗試著利用CETSA方法分析細胞中的蛋白複合物發生的動態變化。這些研究人員猜測蛋白複合物中的蛋白亞基在加熱變性後往往聚合在一起。他們利用CETSA方法確定上千種蛋白的溶解曲線，然後基於這些溶解乳腺之間的相似性分配一種TPCA特徵，由此獲得的這種方法就被稱作TPCA。這種方法在很多已知的蛋白複合物中得到驗證，可用來高通量地監控細胞內的蛋白複合物動態變化。

這些研究人員利用TPCA方法鑒定出很多沒有差異性蛋白表達的蛋白複合物，如在細胞周期的S期期間受到調節的染色質結合蛋白複合物。他們還利用這種方法鑒定出6種細胞系中的細胞特異性的蛋白相互作用，這突顯了這種方法在鑒定受到疾病影響的蛋白複合物的潛力。

原始出處：

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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