斯克里普斯研究所的科學(xué)家們同時(shí)繪制出了細(xì)胞中兩種最重要的蛋白質(zhì)修飾類型的圖譜，揭示了在凋亡這一重要細(xì)胞過(guò)程中它們之間廣泛的協(xié)同作用。相關(guān)論文發(fā)表在7月20日的《細(xì)胞》（Cell）雜志上。

磷酸化（Phosphorylation）和蛋白質(zhì)水解（proteolysis）幾乎總是被獨(dú)立開(kāi)展研究。新研究聯(lián)合多種技術(shù)在細(xì)胞群中繪制了所有蛋白質(zhì)事件的圖譜揭示了它們是如何協(xié)同作用來(lái)執(zhí)行稱之為凋亡的細(xì)胞“自毀程序”的。

關(guān)于細(xì)胞凋亡的這些特異的研究結(jié)果有可能促使開(kāi)發(fā)出新的癌癥診斷和藥物，因?yàn)榘┌Y治療的目的往往是誘導(dǎo)惡性細(xì)胞發(fā)生凋亡。更為重要的是，該研究標(biāo)志著開(kāi)發(fā)出了一種新的“蛋白質(zhì)組學(xué)”基本工具，應(yīng)該會(huì)提供對(duì)于許多細(xì)胞過(guò)程的有用的見(jiàn)解。

“檢測(cè)蛋白質(zhì)調(diào)控信號(hào)間的相互串?dāng)_長(zhǎng)期以來(lái)是一個(gè)挑戰(zhàn)，因此利用這項(xiàng)新技術(shù)，我們能夠開(kāi)始從事過(guò)去很難或是不可能的分析，”該研究的資深調(diào)查員、斯克里普斯研究所化學(xué)生理學(xué)系主任及教授、Skaggs化學(xué)生物學(xué)研究所成員Benjamin F. Cravatt說(shuō)。

需要一種全面的方法

磷酸化和蛋白質(zhì)水解是細(xì)胞中最重要的蛋白質(zhì)修飾機(jī)制。它們由酶介導(dǎo)，發(fā)生在蛋白質(zhì)從遺傳物質(zhì)翻譯過(guò)來(lái)并進(jìn)行折疊之后。一些蛋白質(zhì)水解和磷酸化事件可作用激活蛋白質(zhì)，使其能夠參與到重大的細(xì)胞過(guò)程中；另一些則起失活蛋白質(zhì)的作用。

以往對(duì)于磷酸化和蛋白質(zhì)水解的研究表明有時(shí)兩種機(jī)制會(huì)協(xié)同發(fā)揮作用，尤其是在凋亡過(guò)程中。但是這樣的研究一直是側(cè)重在對(duì)單個(gè)凋亡驅(qū)動(dòng)酶和它們的生物化學(xué)伴侶上，而非細(xì)胞內(nèi)“全面的”凋亡過(guò)程。

 “在這項(xiàng)研究中，我們希望建立一種全面的方法讓我們看到凋亡過(guò)程中蛋白質(zhì)水解和磷酸化之間所有的串?dāng)_跡象，”Cravatt實(shí)驗(yàn)室研究助理Melissa M. Dix說(shuō)。Dix與華盛頓大學(xué)博士后研究人員、當(dāng)時(shí)的研究生Gabriel M. Simon為文章的共同第一作者。

新見(jiàn)解

Dix和Simon曾建立了一種較早的蛋白質(zhì)水解繪圖方法，他們?cè)?/SPAN>2008年的一篇《Cell》論文中描述了這一稱作為PROTOMAP的技術(shù)。它可用于生成目的過(guò)程中細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)裂解事件的詳細(xì)圖像。在新研究中，研究人員添加了一種檢測(cè)磷酸化事件的技術(shù)，再結(jié)合近期開(kāi)發(fā)的蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)SILAC，使得研究人員能夠區(qū)分指定樣本中來(lái)自不同細(xì)胞群的蛋白質(zhì)拷貝。研究人員隨后將這些組合的技術(shù)應(yīng)用到了對(duì)照細(xì)胞和凋亡細(xì)胞群，以便找到只發(fā)生在凋亡過(guò)程中的蛋白質(zhì)水解和磷酸化事件。

他們檢測(cè)到了超過(guò)700種凋亡特異性蛋白質(zhì)水解事件，大多是由稱作caspases的凋亡驅(qū)動(dòng)酶介導(dǎo)，包括了許多從前未曾報(bào)到的事件。新圖譜也首次揭示了磷酸化事件的廣泛的凋亡特異性的網(wǎng)絡(luò)，其中許多與蛋白質(zhì)水解事件明確相關(guān)。“只查看磷酸化事件的圖譜，我們就可以看到它們?cè)谝阎?/SPAN>caspase裂解的位點(diǎn)非常的常見(jiàn)，”Dix說(shuō)。

以往的研究提示靠近蛋白質(zhì)caspase裂解位點(diǎn)的磷酸化作用總是傾向于阻止此裂解。新的數(shù)據(jù)顯示了其他方面。“我們可以看到這些凋亡特異性磷酸化有時(shí)存在于caspase裂解片段中，”Dix說(shuō)。

Dix和Simon證明在某些情況下這些磷酸化作用促進(jìn)了caspase裂解事件；在其他情況下，裂解事件也促進(jìn)了磷酸化作用。同樣，他們證實(shí)一些在凋亡過(guò)程中磷酸化蛋白質(zhì)的激酶直到它們被caspases裂解激活才能發(fā)揮作用。“我們一直傾向于分別研究蛋白質(zhì)水解和磷酸化作用，然而現(xiàn)在很清楚它們之間密切相關(guān)，需要這樣來(lái)看待，”Dix說(shuō)。

癌癥治療的潛在應(yīng)用

Cravatt實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在正將此研究中開(kāi)發(fā)的這些技術(shù)應(yīng)用到其他分析中，開(kāi)始著手多種細(xì)胞類型中的凋亡研究。他們?cè)趧偘l(fā)表的研究中采用的urkat T細(xì)胞常被用于檢測(cè)凋亡，因?yàn)槠浜苋菀妆徽T導(dǎo)經(jīng)歷這一過(guò)程。“但每個(gè)細(xì)胞類型都有自己的一套起作用的蛋白，當(dāng)經(jīng)受凋亡時(shí)給予了它不同的標(biāo)記，”Cravatt說(shuō)。

在特定細(xì)胞類型中檢測(cè)凋亡的技術(shù)將在癌癥診斷和治療時(shí)用得上。腫瘤細(xì)胞通常會(huì)對(duì)凋亡產(chǎn)生耐受，而化療往往是通過(guò)戰(zhàn)勝這一抵抗來(lái)殺死腫瘤細(xì)胞。Dix、Cravatt和同事們現(xiàn)在正試圖確定某些磷酸化蛋白質(zhì)片段是否能夠被用作癌細(xì)胞中高度特異性的凋亡‘生物標(biāo)記物’，在一次簡(jiǎn)單的血液測(cè)試中就可檢測(cè)到。“這樣的測(cè)試會(huì)告訴你癌癥藥物是否正在發(fā)揮作用，”Cravatt說(shuō)。

來(lái)自這些凋亡研究的數(shù)據(jù)資源有可能幫助研究人員設(shè)計(jì)出凋亡誘導(dǎo)癌癥藥物，他指出凋亡只不過(guò)是新繪圖技術(shù)可用于闡明的一個(gè)細(xì)胞過(guò)程。