斯克里普斯研究所的科學(xué)家們同時繪制出了細(xì)胞中兩種最重要的蛋白質(zhì)修飾類型的圖譜，揭示了在凋亡這一重要細(xì)胞過程中它們之間廣泛的協(xié)同作用。相關(guān)論文發(fā)表在7月20日的《細(xì)胞》（Cell）雜志上。

磷酸化（Phosphorylation）和蛋白質(zhì)水解（proteolysis）幾乎總是被獨立開展研究。新研究聯(lián)合多種技術(shù)在細(xì)胞群中繪制了所有蛋白質(zhì)事件的圖譜揭示了它們是如何協(xié)同作用來執(zhí)行稱之為凋亡的細(xì)胞“自毀程序”的。

關(guān)于細(xì)胞凋亡的這些特異的研究結(jié)果有可能促使開發(fā)出新的癌癥診斷和藥物，因為癌癥治療的目的往往是誘導(dǎo)惡性細(xì)胞發(fā)生凋亡。更為重要的是，該研究標(biāo)志著開發(fā)出了一種新的“蛋白質(zhì)組學(xué)”基本工具，應(yīng)該會提供對于許多細(xì)胞過程的有用的見解。

“檢測蛋白質(zhì)調(diào)控信號間的相互串?dāng)_長期以來是一個挑戰(zhàn)，因此利用這項新技術(shù)，我們能夠開始從事過去很難或是不可能的分析，”該研究的資深調(diào)查員、斯克里普斯研究所化學(xué)生理學(xué)系主任及教授、Skaggs化學(xué)生物學(xué)研究所成員Benjamin F. Cravatt說。

需要一種全面的方法

磷酸化和蛋白質(zhì)水解是細(xì)胞中最重要的蛋白質(zhì)修飾機制。它們由酶介導(dǎo)，發(fā)生在蛋白質(zhì)從遺傳物質(zhì)翻譯過來并進(jìn)行折疊之后。一些蛋白質(zhì)水解和磷酸化事件可作用激活蛋白質(zhì)，使其能夠參與到重大的細(xì)胞過程中；另一些則起失活蛋白質(zhì)的作用。

以往對于磷酸化和蛋白質(zhì)水解的研究表明有時兩種機制會協(xié)同發(fā)揮作用，尤其是在凋亡過程中。但是這樣的研究一直是側(cè)重在對單個凋亡驅(qū)動酶和它們的生物化學(xué)伴侶上，而非細(xì)胞內(nèi)“全面的”凋亡過程。

 “在這項研究中，我們希望建立一種全面的方法讓我們看到凋亡過程中蛋白質(zhì)水解和磷酸化之間所有的串?dāng)_跡象，”Cravatt實驗室研究助理Melissa M. Dix說。Dix與華盛頓大學(xué)博士后研究人員、當(dāng)時的研究生Gabriel M. Simon為文章的共同第一作者。

新見解

Dix和Simon曾建立了一種較早的蛋白質(zhì)水解繪圖方法，他們在2008年的一篇《Cell》論文中描述了這一稱作為PROTOMAP的技術(shù)。它可用于生成目的過程中細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)裂解事件的詳細(xì)圖像。在新研究中，研究人員添加了一種檢測磷酸化事件的技術(shù)，再結(jié)合近期開發(fā)的蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)SILAC，使得研究人員能夠區(qū)分指定樣本中來自不同細(xì)胞群的蛋白質(zhì)拷貝。研究人員隨后將這些組合的技術(shù)應(yīng)用到了對照細(xì)胞和凋亡細(xì)胞群，以便找到只發(fā)生在凋亡過程中的蛋白質(zhì)水解和磷酸化事件。

他們檢測到了超過700種凋亡特異性蛋白質(zhì)水解事件，大多是由稱作caspases的凋亡驅(qū)動酶介導(dǎo)，包括了許多從前未曾報到的事件。新圖譜也首次揭示了磷酸化事件的廣泛的凋亡特異性的網(wǎng)絡(luò)，其中許多與蛋白質(zhì)水解事件明確相關(guān)?！爸徊榭戳姿峄录膱D譜，我們就可以看到它們在已知caspase裂解的位點非常的常見，”Dix說。

以往的研究提示靠近蛋白質(zhì)caspase裂解位點的磷酸化作用總是傾向于阻止此裂解。新的數(shù)據(jù)顯示了其他方面?！拔覀兛梢钥吹竭@些凋亡特異性磷酸化有時存在于caspase裂解片段中，”Dix說。

Dix和Simon證明在某些情況下這些磷酸化作用促進(jìn)了caspase裂解事件；在其他情況下，裂解事件也促進(jìn)了磷酸化作用。同樣，他們證實一些在凋亡過程中磷酸化蛋白質(zhì)的激酶直到它們被caspases裂解激活才能發(fā)揮作用。“我們一直傾向于分別研究蛋白質(zhì)水解和磷酸化作用，然而現(xiàn)在很清楚它們之間密切相關(guān)，需要這樣來看待，”Dix說。

癌癥治療的潛在應(yīng)用

Cravatt實驗室現(xiàn)在正將此研究中開發(fā)的這些技術(shù)應(yīng)用到其他分析中，開始著手多種細(xì)胞類型中的凋亡研究。他們在剛發(fā)表的研究中采用的urkat T細(xì)胞常被用于檢測凋亡，因為其很容易被誘導(dǎo)經(jīng)歷這一過程?！暗總€細(xì)胞類型都有自己的一套起作用的蛋白，當(dāng)經(jīng)受凋亡時給予了它不同的標(biāo)記，”Cravatt說。

在特定細(xì)胞類型中檢測凋亡的技術(shù)將在癌癥診斷和治療時用得上。腫瘤細(xì)胞通常會對凋亡產(chǎn)生耐受，而化療往往是通過戰(zhàn)勝這一抵抗來殺死腫瘤細(xì)胞。Dix、Cravatt和同事們現(xiàn)在正試圖確定某些磷酸化蛋白質(zhì)片段是否能夠被用作癌細(xì)胞中高度特異性的凋亡‘生物標(biāo)記物’，在一次簡單的血液測試中就可檢測到。“這樣的測試會告訴你癌癥藥物是否正在發(fā)揮作用，”Cravatt說。

來自這些凋亡研究的數(shù)據(jù)資源有可能幫助研究人員設(shè)計出凋亡誘導(dǎo)癌癥藥物，他指出凋亡只不過是新繪圖技術(shù)可用于闡明的一個細(xì)胞過程。