如果我們真的想知道我們的身體細胞是如何起作用的，或者在疾病的情況下不起作用，我們可能需要超越它們的基因，甚至超越它們所構(gòu)成的蛋白質(zhì)。我們可能需要開始審視細胞“垃圾”。Weizmann科學(xué)研究所的Yifat Merbl博士開發(fā)了一個系統(tǒng)來做到這一點，發(fā)現(xiàn)“細胞垃圾箱潛水”包含有關(guān)細胞功能的信息，這是其他情況下看不到的。該小組利用他們的新方法對患有自身免疫性疾病的患者的免疫細胞進行分析，并發(fā)現(xiàn)了一種特征性證據(jù)，可以提供關(guān)于這種疾病根本原因的新思維，并可能導(dǎo)致更好的診斷技術(shù)。

體內(nèi)大約70%的蛋白質(zhì)被細胞的降解和回收單位分解，稱為蛋白酶體。其中包括為特定目的而制造的短壽命蛋白質(zhì)，例如，用于產(chǎn)生免疫應(yīng)答。“相對于結(jié)構(gòu)蛋白，這些蛋白質(zhì)可能會產(chǎn)生少量，并且可能會受到嚴格的調(diào)控和快速降解，因此標(biāo)準(zhǔn)的蛋白質(zhì)組學(xué)調(diào)查往往會錯過它們，”該研究所免疫學(xué)部門的Merbl說。“但它們恰恰是對細胞功能至關(guān)重要的蛋白質(zhì)，因此它們的功能失常在許多疾病中發(fā)揮作用。

目前的蛋白質(zhì)組學(xué)，“她補充說，”生成細胞中表達的蛋白質(zhì)的詳細列表，這就像試圖通過觀察他們家的連續(xù)快照來了解人們的生活方式。我們可以了解他們對家具和藝術(shù)的品味，他們的年齡，以及他們是否喜歡閱讀或烹飪。另一方面，獲取他們的垃圾的連續(xù)快照將告訴我們他們吃什么，他們服用什么藥物，他們購買什么以及他們旅行的地方。同樣地，當(dāng)我們觀察細胞垃圾桶的內(nèi)容時，我們能夠根據(jù)細胞活動水平和蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)情況來描述疾病狀態(tài)，并揭示這些細胞出了什么問題的一些線索。帶來這種疾病的癥狀。“

“一般而言，我們專注于降解蛋白質(zhì)，因為找到細胞最近使用的蛋白質(zhì)可以告訴我們當(dāng)時細胞中的主要活動，”Merbl實驗室的Avital Eisenberg-Lerner博士說。“它還為我們提供了蛋白質(zhì)監(jiān)測狀態(tài)的線索，例如在需要從細胞中去除的蛋白質(zhì)受損或改變的情況下。這些信息對于識別可能導(dǎo)致疾病的事件也很有價值。例如，如果放棄過少的生長信號，結(jié)果可能是癌癥，而過度降解免疫調(diào)節(jié)劑或抑制炎癥可能與自身免疫性疾病有關(guān)。“

該研究小組包括美國國立衛(wèi)生研究院的系統(tǒng)性自身免疫專家Mariana Kaplan教授的實驗室，以及Weizmann校區(qū)的Nancy和Stephen Grand Israel國家個人醫(yī)學(xué)中心的成員，重點關(guān)注系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)，一種難以診斷的自身免疫性疾病，無法治愈，其原因尚不清楚。已知的是，狼瘡涉及異常的白細胞功能，并且身體中的多個器官被其自身的免疫系統(tǒng)攻擊。

在降解過程中保存蛋白質(zhì)

該研究取得成功的關(guān)鍵在于該團隊開發(fā)的用于從細胞中分離蛋白酶體的技術(shù) - 將蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)片段與蛋白酶體機器內(nèi)部或周圍的降解過程中保存在一起。研究小組從兩名狼瘡患者身上取出白細胞中的蛋白酶體和健康的對照，然后仔細撬出肽。用質(zhì)譜法篩選這些，并比較兩組的丟棄的肽譜。該團隊將其方法命名為MAPP，用于蛋白水解肽的質(zhì)譜分析。“該系統(tǒng)的一個主要優(yōu)點是，它允許我們提取有關(guān)細胞中異常過程的信息，即使是從非常少量的生物材料中獲取信息，這使得該過程可能具有臨床相關(guān)性，”第一作者Hila Wolf-Levy說。本研究于今天在Nature Biotechnology上發(fā)表。

實際上，狼瘡組確實顯示出明顯的MAPP譜，清楚地將它們與健康受試者組分開。更重要的是，該團隊進行的標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)組學(xué)測試沒有揭示這種分裂，這表明通過細胞的垃圾進行翻找可能是在分子水平上獲得對這種疾病的新見解的關(guān)鍵。

回顧當(dāng)前的理解

在患者的蛋白酶體中，最明顯的蛋白質(zhì)是低于或過高的蛋白質(zhì)，是一個叫做組蛋白的家族的成員，它們在更高的水平上被降解。組蛋白在細胞內(nèi)具有幾種重要功能，但當(dāng)它們在細胞外以高于平均水平的量存在時，它們與疾病，特別是自身免疫疾病有關(guān)。

目前的理解是，在狼瘡中，過量的白細胞死亡，其內(nèi)容物(包括組蛋白)溢出到血液中。然后免疫系統(tǒng)將添加的組蛋白肽鑒定為外來抗原，并對這些特定的蛋白質(zhì)片段進行反應(yīng)。“但我們的研究結(jié)果表明，白細胞中的某些事情發(fā)生得更早，”Merbl說。“這些細胞通常從細菌或病毒中取出肽，并將它們呈現(xiàn)在它們的外膜上，就像警告免疫系統(tǒng)注意病原體的小標(biāo)志一樣。我們認為來自狼瘡患者的細胞可能對額外的組蛋白肽做同樣的事情。由于蛋白質(zhì)的異常，可能會降解，然后被其他免疫系統(tǒng)鑒定為抗原。“

Merbl還指出，實驗是在臨床上從患者身上提取的標(biāo)準(zhǔn)血液樣本進行液體活檢，因此，如果可以在進一步的實驗中證明該組發(fā)現(xiàn)的特征是類似自身免疫性疾病中的狼瘡特有的，那么這種測試可以可以想象，在不遠的將來，它會走向醫(yī)院實驗室。該研究小組認為，他們通過新方法和技術(shù)獲得的詳細程度可能提供了解決涉及受損蛋白質(zhì)的眾多疾病的潛在機制所需的解決方案。和細胞蛋白酶體系統(tǒng)。然而，對于Merbl和她的團隊來說，令人興奮的是MAPP方法開辟的可能性：由于每個細胞都有自己的蛋白酶體組，用于分解用過的和受損的蛋白質(zhì)，細胞“垃圾收集”技術(shù)可以產(chǎn)生有價值的見解從癌癥和癌癥免疫療法到蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)研究，從基礎(chǔ)和轉(zhuǎn)化生物學(xué)的許多方面。