新方法能够直接和快速地破坏任何细胞中的任何蛋白

在我们的身体中，蛋白执行着几乎所有重要的过程，而蛋白功能障碍会导致许多疾病。为了研究一种蛋白的功能，科学家们将它从细胞中移除，随后分析其后果。目前，他们通常使用的两种方法是CRISPR/Cas基因组编辑和RNA干扰（RNAi）。它们分别在DNA或RNA水平上发挥作用。然而，它们对蛋白数量的影响是间接的，并且需要较长的时间产生影响。

如今，在一项新的研究中，来自英国和德国的研究人员开发出一种被称作Trim-Away的新方法。这种方法使得直接地和快速地从任何一种类型的细胞中清除一种蛋白成为可能。鉴于Trim-Away能够区分一种蛋白的不同变体，它也为治疗疾病开辟了新的途径。相关研究结果于2017年11月16日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“A Method for the Acute and Rapid Degradation of Endogenous Proteins”。

在每个活细胞中，成千上万种蛋白在起作用。它们的蛋白库包括催化生化反应的蛋白，影响细胞形状的蛋白，发送和接收信号的蛋白。蛋白功能障碍导致各种疾病，包括癌症和神经退化。因此，对于分子生物学家来说，理解蛋白如何在它们的天然环境（即细胞）中发挥作用是比较重要的。

为了研究一种蛋白的功能，最为重要的策略之一是将它从细胞中移除，并研究对细胞过程的影响。为了移除一种蛋白，人们有两种主要的技术：CRISPR/Cas基因组编辑和RNAi。通过分别靶向细胞中的DNA和RNA，它们高效地关闭蛋白产生。然而，这些方法仅间接地影响蛋白数量，而且并不适用于每种类型的细胞和蛋白。到目前为止，还没有一种普遍使用的技术能够克服这些限制。

如今，来自德国马克斯普朗克生物物理化学研究所和英国医学研究理事会分子生物学实验室的研究人员成功地开发出一种被称作Trim-Away的新方法。马克斯普朗克生物物理化学研究所主任Melina Schuh声称，“利用Trim-Away，首次直接地靶向任何类型的细胞中的几乎任何一种蛋白是有可能的。在几分钟内使用和移除蛋白是非常简单的。这要比基因组编辑或RNAi ---利用这些技术，它通常需要几个小时甚至几天的时间来移除一种蛋白---快得多。这让细胞有时间产生弥补这种损失的机制，而这有时会掩盖实际的影响。再者，基因组编辑和RNAi不适合用于研究长寿蛋白或原代细胞中的蛋白。然而，利用Trim-Away，我们能够做到这一点。”论文第一作者Dean Clift补充道，“我们如今基本上能够从身体中获得任何细胞，并快速地破坏这个细胞中的蛋白，从而允许我们立即研究对细胞过程的影响。”

利用一种细胞蛋白的技能

这种新技术的核心是一种被称作Trim21的蛋白，该蛋白是英国医学研究理事会分子生物学实验室的Leo James团队之前发现的。Trim21识别进入到细胞中的附着到病毒上的抗体。它结合到这些抗体上，将这种抗体-病毒复合物标记为“垃圾”，并将其送到细胞的“垃圾卸槽”，即蛋白酶体。Schuh意识到Trim21的这种能力可能有助她克服她在研究中遇到了一个问题：已经证实通过基因组编辑或RNAi清除卵细胞中的特定蛋白是非常困难的，这是因为这种细胞中的很多蛋白是非常长寿的。Schuh如今想要将Trim21作为一种分子工具：她与Clift一起将靶向一种特定细胞蛋白而不是靶向病毒的抗体导入到卵细胞中。Trim21识别这种抗体，并将这种抗体结合的细胞蛋白运送到蛋白酶体中使其遭受降解。在几分钟内，这种细胞蛋白从细胞中消失。利用Trim21靶向感兴趣的蛋白是Trim-Away的核心原则。Schuh总结道，“从根本上来说，大自然的工具箱为我们提供了我们需要的所有组分。诀窍就是选择合适的组分，并将它们组合到为我们的目的而工作的一种系统中。”

困难在于很多细胞类型并没有足够数量的Trim21来处理移除所有抗体结合的细胞蛋白的任务。这些研究人员通过将额外的Trim21和这种抗体一起运送到细胞中来克服这个问题。小量的“电击”会让细胞摄取它们。James说，“当我们在十年前首次将Trim21鉴定为一种抗体受体，并随后证实它非常高效地破坏病毒蛋白时，我们已意识到如果它经调整后靶向细胞蛋白，那么它可能是一种强大的工具。然而，这些结果甚至比我们想象中的更加显著。”Trim-Away也适用于长寿蛋白和原代细胞。原代细胞是从组织中取得的细胞。

James解释道，另一种应用是巨噬细胞（一种白细胞）：“基因组编辑和RNAi并不适用于巨噬细胞，这是因为这种细胞特别擅长识别外来的DNA和RNA，而后者是这两种技术的核心组分。如今，利用Trim-Away，从巨噬细胞中移除一种蛋白来研究它在这种特定细胞类型中的作用是可能的。”

破坏致病性的蛋白变体

Trim-Away的一种特点是它能够利用抗体的显著特异性：不仅能够区分不同的蛋白，也能够区分同一种蛋白的两种不同变体。这些蛋白变体在很多疾病中发挥着重要的作用。一个突出的例子是亨廷顿舞蹈病：由抗亨廷顿蛋白（huntingtin）编码基因的一个拷贝发生突变导致的一种遗传性的神经退行性疾病。这些研究人员证实Trim-Away能够被用来移除组织培养细胞中的致病性抗亨廷顿蛋白变体，同时留下正常的未受损伤的抗亨廷顿蛋白变体。Schuh强调道，“当然，让它在细胞培养物中发挥作用与治愈这种疾病是完全不同的。一种治疗性应用仍然是比较遥远的。但是，我们的研究可能为在未来利用抗体治疗疾病开辟新的途径。”