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作者：Ashley
導讀：近期研究開發了一種新方法來確定蛋白質在細胞表面是如何組織的。這種名為LUX-MS的技術，研究人員可以以奈米級的精度確定蛋白質如何整合到細胞表面的一個組織中。生物細胞具有多種功能，它們需要相互溝通來協調這些功能。細胞表面的分子是這個過程的中心。幾十年來，生物學家一直在研究這種表面蛋白，越來越清晰的不僅是它們的存在，還有它們在細胞表面的組織對細胞的功能也是至關重要。
蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zurich）的科學家們開發了一種新方法來確定蛋白質在細胞表面是如何組織的。透過這項技術獲得的見解可能會導致對抗癌症的新藥物的開發。
Müller和Wollscheid在包括蘇黎世聯邦理工學院教授Martin Loessner、Annette Oxenius、Jeffrey Bode、Erick carira和Berend Snijder在內的跨學科合作中開發和測試了這種新方法。來自蘇黎世大學、密歇根大學和一家美國藥物開發公司的研究人員也參與了這項研究，研究結果發表在《Nature Communications》雜誌上，題為“Light-mediated discovery of surfaceome nanoscale organization and intercellular receptor interaction networks”。
生物細胞具有多種功能，它們需要相互溝通來協調這些功能。細胞表面的分子是這個過程的中心。幾十年來，生物學家一直在研究這種表面蛋白，越來越清晰的不僅是它們的存在，還有它們在細胞表面的組織對細胞的功能也是至關重要。
蘇黎世聯邦理工學院轉化醫學研究所的Bernd Wollscheid教授解釋說：“蛋白質不是簡單地均勻分佈在細胞表面，彼此獨立;相反，它們被組織成分子群落。在這些群體中，蛋白質通常一起工作來實現細胞功能。”Wollscheid的博士生Maik Müller與來自蘇黎世聯邦理工學院和其他機構的進一步研究人員組成的大型跨學科團隊一起，現在已經開發出一種可以用來發現細胞表面分子組織的技術。
“誰得到了一個吻?”
透過這種名為LUX-MS的技術，研究人員可以以奈米級的精度確定蛋白質如何整合到細胞表面的一個組織中，換句話說，哪些蛋白質彼此靠近。到目前為止，科學家們能夠測量相互之間具有高親和力的單個蛋白質的相互作用，以及細胞內的分子之間的相互作用。然而，這種新方法首次使科學家能夠明確地檢測整個細胞表面分子的組織。Wollscheid將這一整體稱為“surfaceome”。該術語由單詞“surface”和字尾“-ome”組成，後者也用於基因組或蛋白質組等術語中。
Wollscheid眨了眨眼睛，解釋了這種方法背後的原理:“我們特別修改了一種特定的表面分子，讓它喜歡‘親吻’附近的分子，然後我們檢查其他表面分子的唇膏痕跡。”用更專業的術語來說，一種小的化合物附著在一種感興趣的蛋白質上。當受到光線照射時，這種化合物會產生少量的活性氧分子，這些活性氧分子會氧化附近的表面蛋白質。使用特定的富集方法和質譜結合統計資料分析，科學家們最終可以確定哪些分子已經被氧化。
為了確定感興趣的蛋白質和其他分子之間的距離，研究人員在影響活性氧分子數量和存活時間的輕微修改的條件下重複他們的實驗。這些因素包括光照時間的長短和培養細胞的培養基的選擇。區域性生成的活性氧越多，這個過程持續的時間越長，表面分子被氧化的區域就越大。
能夠更好地治療癌症的藥物
Wollscheid和他的同事現在將使用這項技術來比較健康人群和病人的細胞。Wollscheid說:“我們正在試圖瞭解疾病如何在細胞水平上改變蛋白質的組織，例如，當一個健康的細胞轉變為癌細胞時。”科學家們正在繪製健康細胞的參考圖。然後他們計劃用它來識別病變細胞表面蛋白質群落組織的差異。
知道哪些分子存在於細胞表面，以及它們是如何組織的，對於研發抗癌新藥等領域可能具有重要意義。現代抗癌藥物使用的細胞殺傷劑通常與抗體結合，抗體能識別癌細胞上大量存在的表面分子。這意味著癌細胞以一定程度的特異性被殺死。然而，許多癌症特異性表面分子也在健康細胞上被發現，儘管濃度較低，但刺激這些藥物也殺死一些健康細胞。
如果在患病細胞上發現兩個分子相鄰，而在健康細胞上則不相鄰，那麼就可以開發出能同時識別這兩個分子的藥物。只有當兩個分子都在細胞上並且彼此相鄰時，藥物才會殺死一個細胞。這正是新技術所提供的資訊。
廣泛的應用
在發表的工作中，科學家們表明，使用這種方法的範圍超出了研究哪些細胞表面分子彼此相鄰。他們還用產生活性氧的小化合物標記病毒和藥物。這使得研究人員能夠研究病毒或藥物與細胞的結合事件。此外，該方法使研究哪些蛋白質群落參與了兩個不同細胞之間的相互作用成為可能。科學家們以免疫細胞之間的交流為例證明了這一點。ETH的博士生Müller說:“透過這種方式，新方法可以幫助理解藥物是如何工作的，以及病毒或免疫細胞如何識別其他細胞。”因此，這種方法對大學和工業的研究非常有益。
科學家們已經將這項新技術轉移到一家附屬公司，該公司現在計劃利用這項技術開發針對單個表面蛋白質和整個蛋白質群落的新藥。
參考資料：
https://phys.org/news/2021-12-method-proteins-surface-cells.html
注：本文旨在介紹醫學研究進展，不能作為治療方案參考。如需獲得健康指導，請至正規醫院就診。
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