Nat Comm | 活体动物神经元蛋白质组快照，更好理解神经系统疾病

西北大学和匹兹堡大学的研究人员开发了一种新的方法来识别活体动物大脑中不同类型神经元内的蛋白质。这项新的小鼠研究提供了对大脑不同蛋白质的见解，并可能导致针对帕金森病和阿尔茨海默病的新治疗策略。

他们的研究发表在《Nature Communications》杂志上的一篇题为“Cell-type and subcellular compartment-specific APEX2 proximity labeling reveals activity-dependent nuclear proteome dynamics in the striatum”的论文中。

研究人员写道：“脊椎动物的大脑由不同的神经元类型组成，根据不同的解剖结构和功能以及不同的转录组和蛋白质组进行分类。定义细胞类型特异性神经蛋白质组对于理解神经回路的发育和功能组织非常重要。这项任务在复杂组织中仍然具有挑战性，因为不理想的蛋白质分离技术常常导致细胞类型特异性信息的丢失和亚细胞区室的不完整捕获。在这里，我们开发了一种基因靶向接近标记方法，来识别小鼠大脑中细胞类型特定的亚细胞蛋白质组，并通过成像、电子显微镜和质谱法证实。”

研究人员设计了一种病毒，将一种酶发送到活体小鼠大脑中的精确位置。这种酶源于大豆，在预定位置对其邻近蛋白质进行基因标记。在通过荧光和电子显微镜对大脑成像来验证这项技术之后，研究人员发现他们的技术拍摄了活体神经元内的整套蛋白质（或蛋白质组）的快照，然后可以用质谱法进行死后分析。

“以前在细胞培养中也做过类似的工作。但是，培养皿中的细胞与大脑中的细胞工作方式不同，它们在相同的地方没有相同的蛋白质做同样的事情。”西北大学副教授、该研究的资深作者Yevgenia Kozorovitskiy博士说，“在小鼠大脑的复杂组织中进行这项工作更具挑战性。现在，我们可以利用蛋白质组学的优势，将其放入具有出色基因牵引力的更真实的神经回路中。”

通过对蛋白质及其邻域进行化学标记，研究人员现在可以看到蛋白质如何在特定的受控区域内工作，以及它们如何在蛋白质组中相互作用。除了携带大豆酶的病毒外，研究人员还利用他们的病毒携带一种单独的绿色荧光蛋白。

研究人员说：“病毒本质上是我们传递的信息。在这种情况下，信息携带了这种特殊的大豆酶。然后，在另一条信息中，我们发送了绿色荧光蛋白，告诉我们哪些神经元被标记。如果神经元是绿色的，那么我们就知道大豆酶在这些神经元中表达了。”

研究人员必须将蛋白质分成多肽，然后将它们重新组合在一起，这可能需要时间，而且并不总能保证一个完美的过程。

研究人员说：“我们已经能够在基因和RNA测序方面取得很大的进展，但蛋白质已经脱离了循环。然而，每个人都认识到蛋白质的重要性。蛋白质是我们细胞中的最终效应物。了解蛋白质的位置、工作方式以及它们之间的相互关系非常重要。”

“基于质谱的蛋白质组学是一项强大的技术。”Kozorovitskiy实验室的博士候选人、该论文的第一作者Vasin Dumrongprechachan说，“通过我们的方法，我们可以开始以高精度和特异性绘制各种大脑回路的蛋白质组。我们甚至可以对它们进行量化，以了解神经元和大脑的不同部位存在多少蛋白质。”

研究人员期待着将他们的方法应用于小鼠模型，以便更好地理解神经系统疾病。

研究人员说：“我们希望扩展这一方法，以开始识别在特定的大脑活动模式或神经活性药物引起的变化中发生的神经元蛋白质的生化修饰，以促进临床进展。”

研究人员说：“我们期待着将其应用于与脑部疾病相关的模型，并将这些研究与人类大脑的死后蛋白质组学工作联系起来。它已准备好应用于这些模型，我们迫不及待地想要开始。”