排版 | AiBrain 编辑团队
北京时间2022年10月10日晚23时，美国斯坦福大学与霍华德休斯医学研究所的骆利群团队与合作者在Neuron期刊上发表了题为“In situ cell-type-specific cell-surface proteomic profiling in mice”的文章。骆利群实验室的博士生俞安洋（Andrew Shuster）和李介夫为本文的共同第一作者。
文章介绍了一种在小鼠上利用邻近酶标记方法、实现特定类型细胞的表面蛋白组标记分析技术，并利用该技术描绘了在小鼠小脑发育过程中浦肯野细胞表面蛋白组的定量变化、发现了Armh4分子对于浦肯野细胞树突形态发生的重要作用。
在哺乳动物神经系统中，细胞需要通过与环境以及其它细胞的精细互作来实现复杂的生理活动，由分泌蛋白和跨膜蛋白组成的细胞表面蛋白将具体执行相关功能。研究细胞表面蛋白的成分和互作模式有助于理解神经环路的发育、功能、维持和衰老等问题。
单细胞测序等技术能够有效地收集分析细胞中的RNA，但由于翻译与转运效率、蛋白质稳定性差异等影响，转录组难以有效代表细胞表面蛋白的真实情况；另一方面以往对细胞表面蛋白组的直接研究大都需要在将组织破碎成游离的细胞后再进行化学标记等处理，裂解组织操作本身会改变细胞表面的蛋白。
在2020年，骆利群、Alice Ting、李介夫、韩硕与合作者开发了一种高时空分辨率的细胞表面蛋白组学定量分析方法并将其应用在果蝇嗅觉神经环路发育研究上、发现了众多全新分子调控神经环路建立。
随后在今年，该团队运用这一技术发现了转录因子控制的细胞表面蛋白组合编码模式。这项技术能完成在生物组织水平上对特定细胞类型的表面蛋白组的原位标记分析，而本文进一步将该技术推广在哺乳动物体内，实现了小鼠体内多种组织器官中细胞表面的标记（见下图，绿色荧光通道显示细胞表面的生物素信号）。
运用该技术，作者对位于不同发育时期（出生后15天和35天）的小鼠小脑浦肯野细胞的表面蛋白组学进行了标记和定量分析。
用生物素标记细胞表面蛋白，分离提纯后利用质谱分析蛋白质种类与丰度，结果显示在发育过程中和成熟后的浦肯野细胞表面蛋白组成会有巨大改变（见下图gene ontology分析与火山图），同时表面蛋白组成分与单细胞测序方法得到的转录组结果也有差异，进一步表明细胞表面蛋白组受到广泛的翻译后调控。
作者进一步以在浦肯野细胞发育阶段中富集到的Armh4蛋白为例，通过基因敲除和过表达探究细胞表面蛋白在浦肯野细胞树突发育中发挥的作用。有趣的结果是不论是敲除还是过表达Armh4，都将导致树突发育不全。
在对Armh4分子结构分析的基础上作者编辑了Armh4分子的胞内结构域，最终说明了该分子的胞内结构域参与到传递下游信号，而且相关调节过程与胞吞过程可能存在关联（见下图）。
这篇文章将骆利群团队前期在果蝇中开发的表面蛋白组标记技术成功转化到了哺乳动物模型上，文章中开发的细胞表面蛋白标记技术在神经、肿瘤、免疫等系统中的细胞表面蛋白组学研究有着广泛的应用前景。
该转基因动物模型将可以从The Jackson Laboratory获取，相关质粒将可以从Addgene获取。
李介夫博士现任霍华德休斯医学研究所珍尼亚研究园区（HHMI Janelia）研究组组长，实验室结合分子工具开发、高分辨率成像等技术手段研究神经系统、免疫系统中的细胞表面信号。
欢迎结构生物学（Cryo-ET/EM，integrative structural biology）与化学生物学方向的博士后加入（https://www.lilab.science/join-us）。
参考文献：
[1] Li, J., et al. (2020). Cell-surface proteomic profiling in the fly brain uncovers wiring regulators. Cell, 180(2), 373-386.
[2] Xie, Q., et al. (2022). Transcription factor Acj6 controls dendrite targeting via a combinatorial cell-surface code.Neuron, 110(14), 2299-2314.
转载自 | 小柯生命
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