新技术可全面分析膜蛋白与细胞外的相互作用

体内的许多蛋白质与其他蛋白质形成复合物，决定细胞的命运。因此，蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）的分析是理解靶蛋白生物学功能的关键过程

膜蛋白占人类基因的30%以上，在细胞功能中发挥着至关重要的作用。已知许多膜蛋白形成复合物以发挥其功能，这使得膜蛋白PPI的阐明对于理解蛋白质功能至关重要。然而，分析PPI，特别是活细胞的细胞外蛋白质-蛋白质相互作用（exPPIs）的技术发展一直滞后

最近，近距离标记用于大规模PPI分析的蛋白质的近距离标记方法引起了关注。然而，靶向膜蛋白胞外区的邻近蛋白标记方法主要涉及使用具有细胞毒性的分子进行PPI分析，这促使人们寻找靶向活细胞的系统

爱媛大学蛋白质科学中心独立开发了邻近依赖性生物素标记酶AirID，该酶对邻近蛋白质的赖氨酸残基进行生物素化

已经有几项研究使用邻近依赖性生物素标记酶进行exPPI分析，但它们涉及与原始结构形状显著不同的转基因蛋白质，因此不清楚分析结果在多大程度上反映了原始相互作用

为了准确了解活细胞细胞膜上发生的相互作用，有必要开发一种可以直接靶向细胞表达的蛋白质进行exPPI分析的技术。因此，研究小组启动这项研究的前提是，可以通过创建一种分子（FabID）来分析exPPI，该分子将AirID融合到识别膜蛋白胞外结构域的抗体的抗原识别位点。这项研究发表在《自然通讯》杂志上

exPPI分析的膜蛋白是表皮生长因子受体EGFR，一种位于细胞膜上的被称为癌症基因的蛋白。将FabID和生物素添加到表达EGFR的上皮样癌源性细胞（A431细胞）（以下称为上皮癌症细胞）中时，在细胞培养水平上证实，使用FabID可以对细胞膜上的EGFR进行生物素化。

通过将生物素标记与FabID和德岛大学开发的用于分析生物素化蛋白的质谱相结合，研究人员成功鉴定了许多新的EGFR相互作用蛋白。已鉴定的蛋白质有可能成为新的药物靶点

EGFR通过与一种称为EGF的配体结合将信号传递给细胞。众所周知，当EGF与EGFR结合时，各种蛋白质与EGFR的细胞内结构域结合，形成蛋白质复合物

目前，广泛用作癌症治疗的EGFR酪氨酸激酶抑制剂被认为通过与EGFR结合并抑制EGFR细胞内结构域介导的蛋白质复合物的形成来发挥其治疗作用。然而，当EGFR结合EGF（配体）或当EGFR酪氨酸激酶抑制剂（药物）起作用时，EGFR的配体依赖性和药物依赖性exPPI变化根本没有观察到

研究人员使用FabID观察了培养细胞中EGFR的配体依赖性和药物依赖性exPPI变化。因此，他们相信他们是世界上第一个发现配体和药物与EGFR结合时exPPI动态变化的人

波纹效应

几乎所有生物体都使用膜蛋白在细胞内外传递信息。因此，分析膜蛋白的exPPI有望直接有助于受体生物学的发展。此外，由于大多数商业药物通过靶向膜蛋白发挥作用，膜蛋白被认为是重要的药物靶点

然而，寻找新的膜蛋白药物靶点是一项挑战，也是制药行业的一个重大问题。本研究中开发的FabID技术不仅可以使用活细胞进行exPPI分析，还可以用于识别新的药物靶点

此外，已发现FabID可捕获配体依赖性和药物依赖性exPPI变化，而这些变化尚未通过常规方法进行分析。未来，使用FabID通过exPPI分析识别新药靶点，并详细分析商业药物结合时膜蛋白exPPI的变化，有望对商业药物的开发做出重大贡献

这项研究是由爱媛大学Proteo科学中心、德岛大学高等医学科学研究所、东京药科大学生命科学学院、东北大学医学研究生院分子药理学系、，以及长滨生物科学技术研究所的生物科学系