细胞垃圾桶揭示了蛋白质在疾病中的作用

如果我们真的想知道我们的身体细胞是如何起作用的，或者在疾病的情况下不起作用，我们可能需要超越它们的基因，甚至超越它们所构成的蛋白质。我们可能需要开始审视细胞“垃圾”。Weizmann科学研究所的Yifat Merbl博士开发了一个系统来做到这一点，发现“细胞垃圾箱潜水”包含有关细胞功能的信息，这是其他情况下看不到的。该小组利用他们的新方法对患有自身免疫性疾病的患者的免疫细胞进行分析，并发现了一种特征性证据，可以提供关于这种疾病根本原因的新思维，并可能导致更好的诊断技术。

体内大约70%的蛋白质被细胞的降解和回收单位分解，称为蛋白酶体。其中包括为特定目的而制造的短寿命蛋白质，例如，用于产生免疫应答。“相对于结构蛋白，这些蛋白质可能会产生少量，并且可能会受到严格的调控和快速降解，因此标准的蛋白质组学调查往往会错过它们，”该研究所免疫学部门的Merbl说。“但它们恰恰是对细胞功能至关重要的蛋白质，因此它们的功能失常在许多疾病中发挥作用。

目前的蛋白质组学，“她补充说，”生成细胞中表达的蛋白质的详细列表，这就像试图通过观察他们家的连续快照来了解人们的生活方式。我们可以了解他们对家具和艺术的品味，他们的年龄，以及他们是否喜欢阅读或烹饪。另一方面，获取他们的垃圾的连续快照将告诉我们他们吃什么，他们服用什么药物，他们购买什么以及他们旅行的地方。同样地，当我们观察细胞垃圾桶的内容时，我们能够根据细胞活动水平和蛋白质周转情况来描述疾病状态，并揭示这些细胞出了什么问题的一些线索。带来这种疾病的症状。“

“一般而言，我们专注于降解蛋白质，因为找到细胞最近使用的蛋白质可以告诉我们当时细胞中的主要活动，”Merbl实验室的Avital Eisenberg-Lerner博士说。“它还为我们提供了蛋白质监测状态的线索，例如在需要从细胞中去除的蛋白质受损或改变的情况下。这些信息对于识别可能导致疾病的事件也很有价值。例如，如果放弃过少的生长信号，结果可能是癌症，而过度降解免疫调节剂或抑制炎症可能与自身免疫性疾病有关。“

该研究小组包括美国国立卫生研究院的系统性自身免疫专家Mariana Kaplan教授的实验室，以及Weizmann校区的Nancy和Stephen Grand Israel国家个人医学中心的成员，重点关注系统性红斑狼疮(SLE)，一种难以诊断的自身免疫性疾病，无法治愈，其原因尚不清楚。已知的是，狼疮涉及异常的白细胞功能，并且身体中的多个器官被其自身的免疫系统攻击。

在降解过程中保存蛋白质

该研究取得成功的关键在于该团队开发的用于从细胞中分离蛋白酶体的技术 - 将蛋白质或蛋白质片段与蛋白酶体机器内部或周围的降解过程中保存在一起。研究小组从两名狼疮患者身上取出白细胞中的蛋白酶体和健康的对照，然后仔细撬出肽。用质谱法筛选这些，并比较两组的丢弃的肽谱。该团队将其方法命名为MAPP，用于蛋白水解肽的质谱分析。“该系统的一个主要优点是，它允许我们提取有关细胞中异常过程的信息，即使是从非常少量的生物材料中获取信息，这使得该过程可能具有临床相关性，”第一作者Hila Wolf-Levy说。本研究于今天在Nature Biotechnology上发表。

实际上，狼疮组确实显示出明显的MAPP谱，清楚地将它们与健康受试者组分开。更重要的是，该团队进行的标准蛋白质组学测试没有揭示这种分裂，这表明通过细胞的垃圾进行翻找可能是在分子水平上获得对这种疾病的新见解的关键。

回顾当前的理解

在患者的蛋白酶体中，最明显的蛋白质是低于或过高的蛋白质，是一个叫做组蛋白的家族的成员，它们在更高的水平上被降解。组蛋白在细胞内具有几种重要功能，但当它们在细胞外以高于平均水平的量存在时，它们与疾病，特别是自身免疫疾病有关。

目前的理解是，在狼疮中，过量的白细胞死亡，其内容物(包括组蛋白)溢出到血液中。然后免疫系统将添加的组蛋白肽鉴定为外来抗原，并对这些特定的蛋白质片段进行反应。“但我们的研究结果表明，白细胞中的某些事情发生得更早，”Merbl说。“这些细胞通常从细菌或病毒中取出肽，并将它们呈现在它们的外膜上，就像警告免疫系统注意病原体的小标志一样。我们认为来自狼疮患者的细胞可能对额外的组蛋白肽做同样的事情。由于蛋白质的异常，可能会降解，然后被其他免疫系统鉴定为抗原。“

Merbl还指出，实验是在临床上从患者身上提取的标准血液样本进行液体活检，因此，如果可以在进一步的实验中证明该组发现的特征是类似自身免疫性疾病中的狼疮特有的，那么这种测试可以可以想象，在不远的将来，它会走向医院实验室。该研究小组认为，他们通过新方法和技术获得的详细程度可能提供了解决涉及受损蛋白质的众多疾病的潜在机制所需的解决方案。和细胞蛋白酶体系统。然而，对于Merbl和她的团队来说，令人兴奋的是MAPP方法开辟的可能性：由于每个细胞都有自己的蛋白酶体组，用于分解用过的和受损的蛋白质，细胞“垃圾收集”技术可以产生有价值的见解从癌症和癌症免疫疗法到蛋白质调节的基础研究，从基础和转化生物学的许多方面。