可视蛋白质组学

瑞士联邦技术学院的研究人员开发出一种在问号钩端螺旋体（Leptospira interrogans）这种病原体中定位蛋白复合物的新方法，称为“可视蛋白质组学”。文章发表在本期的《自然-方法学》上。

活细胞中的生化进程分为多个功能单元，它们在细胞内有着特定的时间和空间分布。一般来说，这些单元是相互作用蛋白形成的复合物。定量质谱常常用于确定蛋白复合物的组成，但这种方法需要多个细胞的裂解液，但这样一来，空间信息就损失了，特定细胞的特有性质也就看不见了。

低温电子断层扫描术（cryoET）是一种三维观察细胞的成像技术。在目前可实现的分辨率下，它能鉴定并定位冰冻含水标本中的大蛋白复合物。这是通过模板匹配来实现的，将代表特定蛋白复合物的信号与cryoET收集的信号联系起来。多个蛋白复合物的结构特点组合，就有可能描述出特定细胞的立体蛋白质组结构，这个过程就称为“可视蛋白质组学”.这种方法已经应用到无细胞系统中，它在完整细胞中的应用还只限于核糖体。主要局限在于难以将真正的模板匹配和假阳性区分开来，因为低温电子断层照片的信噪比相当低。

Ruedi Aebersold及他的同事将两种方法结合起来，推进了细胞内蛋白复合物的观察。首先，研究人员利用质谱选择并定量合适的蛋白复合物，作为模板配对，然后利用cryoET来定位这些复合物。

为了消除假阳性，研究人员用多个动态范围的蛋白浓度和不同的噪音模式，来优化一种新的打分功能，并从断层照片上提取出多个交叉关联的特征，建立可靠的统计学模式来区分阳性和假阳性，还对大量断层照片中不同蛋白复合物的模板匹配进行了充分的统计学验证。通过这些努力，他们终于能够自信地检测并定位单细胞中的多个复合物。最终，他们在问号钩端螺旋体中定位出9个不同的蛋白复合物，分别具有不同的丰度水平和分子量。

尽管这种方法目前还局限在极小的生物如问号钩端螺旋体中，也只能检测相对大量的蛋白复合物，但是cryoET技术的进一步发展将会拓宽这种“可视蛋白质组学”方法的应用性。