《Cell》：超越CRISPR的新技术，直接靶向细胞蛋白

　　蛋白质执行着几乎所有我们需要的生物进程，如果蛋白质功能出现问题就会导致许多疾病。为了研究蛋白质的功能，研究人员需要将其从细胞中剔除，然后分析这样导致的后果。目前比较常用的方法是CRISPR-Cas基因组编辑和

　　

生物通报道：在人体中，蛋白质执行着几乎所有我们需要的生物进程，如果蛋白质功能出现问题就会导致许多疾病。为了研究蛋白质的功能，研究人员需要将其从细胞中剔除，然后分析这样导致的后果。目前比较常用的方法是CRISPR-Cas基因组编辑和RNA干扰技术，这两种分别针对于DNA和RNA的水平。但是这些方法对蛋白质的影响是间接的，需要时间的。

近期来自德国和英国的科学家们提出了一种叫做 Trim-Away 的新方法， Trim-Away可以直接快速剔除任何细胞类型中的蛋白质。这种方法的一大优势在于可以区分蛋白质的不同变体，因此也为疾病的治疗打开了一扇新的门。

这一研究成果公布在11月16日的Cell杂志上。文章的通讯作者，德国马普生物物理化学研究所Melina Schuh表示，“利用Trim-Away，我们第一次可以在任何类型细胞中直接靶向任何蛋白。这种方法非常简单，可以在几分钟内剔除蛋白质，而且比基因组编辑或RNAi技术要快得多，这两种方法通常需要几个小时甚至几天的时间才能剔除蛋白，这给了细胞时间去发展用于补偿的机制，有时就会掩盖实际效应。此外，基因组编辑和RNAi并不适用于研究长时间存在的蛋白，和原代细胞中的蛋白，现在利用Trim-Away，我们就可以填补这个空白了。

“现在理论上，我们可以从体内获取任何细胞，然后迅速破坏细胞内的蛋白质，立即研究这对细胞过程的影响”，文章的第一作者Dean Clift补充说。

在每一个活细胞中都有数以千计的蛋白质行驶着它们的功能，包括催化生化反应，塑造细胞表面，发送和接收信号。蛋白功能障碍会引起各种疾病，比如癌症和神经变性。因此，对于分子生物学家来说，了解蛋白质在自然环境中如何发挥作用至关重要。

研究人员为了分析蛋白质的功能，现阶段采用的最重要的方法之一是在细胞中剔除蛋白，研究这对细胞过程产生的影响。剔除蛋白质的两大主要技术：CRISPR-Cas基因组编辑和RNA干扰（RNAi）通过靶向细胞中的DNA或RNA，有效地关闭了蛋白的生成。但是，这些方法只是间接的影响了蛋白表达量，而且并不适用于所有类型的细胞和蛋白质。迄今为止，还没有可以普遍适用的技术可以克服这些限制。

Trim-Away技术核心

Trim-Away 这一新技术的核心是来自英国MRC分子生物学实验室的Leo James研究组发现的一种蛋白：Trim21，Trim21能识别进入细胞病毒附着的抗体，它与这些抗体结合，将抗体-病毒复合体标记为“垃圾”，然后这一复合物被传递给细胞的“垃圾桶”，即蛋白酶体。

Schuh意识到Trim21的这种能力可以帮助她克服在研究中遇到的问题：通过基因组编辑或者RNAi从卵细胞中剔除特定的蛋白质是非常困难的，因为这些蛋白能在细胞中保存很长的时间。Schuh尝试利用Trim21作为分子工具，她与Clift一道，将抗体导入到卵细胞中，直接靶向一种特异性细胞蛋白，而不是直接针对病毒。结果发现，Trim21识别出了抗体，并将与抗体结合的蛋白质传递到了蛋白酶体，进行摧毁。几分钟后，细胞中的这种蛋白就消失了。

将Trim21重定向到感兴趣的蛋白质就是Trim-Away的核心原理。“其实从根本上来说，自然的工具箱已经为我们提供了我们需要的所有组件，重要的诀窍就是要选择合适的组件，并将它们优化成为我们的目的而工作的系统，”Schuh总结说。

还有另外一个问题——许多细胞类型没有足够量的Trim21来完成剔除所有抗体结合蛋白的任务。为此研究人员需要提供额外的Trim21蛋白来克服这个问题，他们采用的是“电击”让蛋白进入细胞。

“在十年前我们首次发现Trim21可以作为一种抗体受体，并随后证明了它能有效破坏病毒蛋白，之后我们意识到如果需要重新安排细胞蛋白的功能时，这会是一种很高的工具。而结果证明效果比我们想象的还要好，”James说。

此外，Trim-Away也可以用于巨噬细胞（一种白细胞），“巨噬细胞完全无法通过基因组编辑或RNAi进行分析，因为它们特别擅长识别外来DNA和RNA。现在有了Trim-Away，就可以从巨噬细胞中剔除蛋白质，研究这种特定细胞类型中的蛋白功能。”

摧毁致病蛋白质突变

Trim-Away的一大特点是可以利用抗体的显著特异性，区分不同的蛋白质，而且还可以区分同一蛋白质两种不同的突变。在许多疾病中都存在蛋白突变，比如亨廷顿舞蹈症，这是一种遗传性神经退行性疾病，其病因就是huntingtin蛋白的两个基因拷贝中出现了一个突变。利用Trim-Away可以剔除组织培养细胞中的huntingtin致病蛋白，同时保持正常的蛋白不受影响。 Schuh强调说：“当然，实际治疗与细胞培养完全不同。治疗应用还很遥远，但是我们的这项工作将会为将来抗体治疗疾病开辟打开新的大门。”

（生物通：张迪）

原文标题：

A Method for the Acute and Rapid Degradation of Endogenous Proteins