研究蛋白质功能RNAi CRISPR的更有效替代品

蛋白质在我们体内几乎执行所有必不可少的过程，蛋白质失灵会导致许多疾病。为了研究蛋白质的功能，研究人员将其从细胞中去除，然后分析其后果。

他们目前通常可以使用的两种方法是通过CRISPR / Cas进行基因组编辑和RNA干扰。它们分别作用于DNA或RNA的水平。但是，它们对蛋白质含量的影响是间接的，需要时间。来自德国和英国的科学家现在提出了一种称为Trim-Away的新方法，该方法可以直接，快速地消耗任何细胞类型的蛋白质。由于Trim-Away可以区分蛋白质的不同变体，因此也为疾病的治疗开辟了新的场所。

在每个活细胞中，有成千上万种蛋白质在起作用。它们的全部组成包括从催化生化反应到塑造细胞表面或发送和接收信号的一切。蛋白质功能异常会导致多种疾病，包括癌症和神经变性。因此，对于分子生物学家来说，了解蛋白质如何在其自然环境(细胞)中发挥作用至关重要。

为了研究蛋白质的功能，最重要的策略之一是将其从细胞中去除并研究其对细胞过程的影响。为了消耗蛋白质，研究人员手头有两种主要技术：通过CRISPR / Cas进行基因组编辑，以及RNA干扰(RNAi)。通过分别靶向细胞的DNA或RNA，它们可以有效地关闭蛋白质的生产。但是，这些方法仅间接影响蛋白质含量，并不适用于每种类型的细胞和蛋白质。到目前为止，还没有可以克服这些限制的普遍适用的技术。

德国哥廷根马克斯·普朗克生物物理化学研究所的科学家和英国剑桥的MRC分子生物学MRC实验室的科学家现已成功开发出一种称为Trim-Away的新方法。“有了Trim-Away，首次有可能直接靶向几乎任何类型的细胞中的任何蛋白质，”生物物理化学MPI主任Melina Schuh说。“使用非常简单，可以在几分钟内去除蛋白质。这比用基因组编辑或RNAi所能达到的速度快得多–使用这些技术，通常要花费数小时甚至数天来消耗蛋白质。这使细胞有时间来开发补偿损失的机制，有时会掩盖实际效果。此外，基因组编辑和RNAi不适合研究长寿蛋白或原代细胞中的蛋白。

利用细胞蛋白的技能

这项新技术的核心是一种蛋白质，该蛋白质是在MRC LMB的Leo James实验室中发现的：Trim21。Trim21识别进入与病毒连接的细胞的抗体。它与这些抗体结合，将抗体-病毒复合物标记为“垃圾”，并将其交给细胞的“垃圾槽”，即蛋白酶体。Schuh意识到Trim21的这种能力可能会帮助她克服研究中遇到的问题：事实证明，通过基因组编辑或RNAi耗尽卵细胞中的特定蛋白质异常困难，因为这些细胞中的许多蛋白质寿命很长。Schuh现在想将Trim21用作分子工具：她与Clift一起，将卵子抗体引入了针对特定细胞蛋白的抗体，而不是针对病毒。Trim21识别了抗体并将抗体结合的蛋白递送至蛋白酶体进行破坏。在几分钟之内，蛋白质从细胞中消失了。Trim21重定向到目标蛋白是Trim-Away的主要原理。“基本上，Nature的工具箱为我们提供了所需的所有组件。诀窍在于选择正确的解决方案，然后将它们组合成适合我们目的的系统。” Schuh总结道。

一个困难是许多细胞类型没有足够的Trim21量来应对去除所有抗体结合蛋白的任务。研究人员通过将其他Trim21蛋白与抗体一起传递到细胞中来克服了这个问题。轻微的“电击”会使细胞吸收蛋白质。“十多年前，当我们首次将Trim21鉴定为抗体受体，并随后证明了它能多么有效地破坏病毒蛋白时，我们意识到，如果对细胞蛋白重新分配任务，它可能是一个强大的工具。但是，结果比我们想象的还要出色。” James说。对于Trim-Away在长寿蛋白质和原代细胞中的适用性也是如此，后者是直接从组织中获取的细胞。

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