利用生物素化临近标记的方式建立了人类细胞图谱

　　区室化是真核细胞的特征之一，可以将不同的生物化学过程通过空间结构进行划分。显微镜和质谱分析可用于对不同细胞器的蛋白质组进行分析，但是目前针对许多细胞内的区室仍然很难直接采用这两种方法对其中的相互作用组学进行鉴定。

　　为了对人细胞中的不同区室中的相互作用组进行鉴定，2021年6月2日，加拿大Lunenfeld-Tanenbaum 研究所Anne-Claude Gingras 研究组发文题为A proximity-dependent biotinylation map of a human cell，利用生物素化临近标记的方式建立了人类细胞图谱。

　　生物素依赖的临近标记方法可以用来对细胞中的蛋白质所占据的细胞内环境进行描述。例如BioID技术，使用的是生物素连接酶BirA*（*表示突变型）其中包含一个R118G的位点突变，可以作为“诱饵”与目的蛋白相融合，表达在培养的细胞或者是多细胞体系之中。生物素化的蛋白质随后可以被链霉亲和蛋白捕获，并通过质谱鉴定对相互作用的蛋白进行分析。由于球状蛋白平均直径是5-10nm，该技术的标记半径可以直接对相互作用蛋白进行生物素标记。目前，BioID技术已成功地用于定义许多不同的蛋白质复合物的组成、膜结合和无膜细胞器的空间组织的鉴定。

　　图1 生物素化临近标记揭开人细胞蛋白质相互作用组图谱的工作流程

　　为了进一步对人活细胞中的相互作用蛋白质组进行进一步地鉴定，作者们使用BioID技术对32个不同的细胞组分中234个胞内蛋白标记作为“诱饵”钓取相互作用蛋白，用以建立人活细胞中的蛋白组织结构。每个诱饵蛋白会加上BirA*的标记，然后建立HEK细胞的稳定表达品系。通过对鉴定到相互作用蛋白与阴性对照的比较，作者们对钓取的相互作用因子的可靠性进行评价，其中一共有192个备选的蛋白标记物通过质量评估，共鉴定出了35,902个相互作用因子。

　　图2 对不同亚细胞定位的蛋白质相互作用组的分析

　　随后，作者们对不同的亚细胞定位得到蛋白质相互作用组的结果（图2）与先前大规模显微镜观察以及质谱研究的结果进行比对，对新的相互作用图谱的准确性进行评估。作者们发现与人类蛋白图谱（Human Protein Atlas，HPA）等已有图谱相比，新建立的不同亚细胞定位蛋白相互作用图谱精确地对蛋白相互作用组进行了预测。

　　线粒体和内质网之间的接触对于脂质和钙交换以及线粒体动力学是至关重要的。以线粒体以及内质网亚细胞定位的蛋白相互作用组为例，作者们对该相互作用图谱的准确性进行了进一步地鉴定。通过对线粒体过氧化物酶体以及内质网膜组分的交叉会话分析，作者们发现两个GTPases会调节线粒体与内质网的接触位点。BioID技术揭示出了更多富集在内质网膜上的组分，同时也揭示出了线粒体外膜以及内质网与线粒体接触位点上的蛋白质相互作用图谱。另外，BioID的技术也检测到了一些与线粒体融合相关的因子。这些结果表明，作者们建立的BioID数据库可以揭示不同亚细胞区室内和不同区室之间的新的蛋白质功能。

　　总的来说，该工作利用生物素化临近标记的方式建立了人细胞中不同亚细胞定位的蛋白质相互作用组，为进一步揭开人类细胞中蛋白质相互作用提供了更新的、更全面的见解，并且作者们建立了能够进行用户访问的网站humancellmap.org。在未来，人类细胞图谱需要更进一步的建立更高精度的、更密集诱饵蛋白的相互作用组，以及涵盖更多不同种类的人类细胞，进一步补充其他蛋白质组学和细胞生物学资源。