新技术识别活大脑中的蛋白质

研究人员首次开发出一种成功的方法来识别活体动物大脑中不同类型神经元内的蛋白质。由西北大学和匹兹堡大学领导的这项新研究为了解大脑的数百万种不同蛋白质迈出了一大步。作为包括神经元在内的所有细胞的组成部分，蛋白质是更好地了解帕金森氏症和阿尔茨海默氏症等复杂脑部疾病的关键，这可能会导致新疗法的开发。

该研究将于 8 月 11 日发表在《自然通讯》杂志上。

在这项新研究中，研究人员设计了一种病毒，将一种酶发送到活老鼠大脑中的精确位置。该酶源自大豆，在预定位置对其邻近蛋白质进行基因标记。在通过荧光和电子显微镜对大脑进行成像验证了该技术后，研究人员发现他们的技术拍摄了活神经元内整套蛋白质(或蛋白质组)的快照，然后可以用质谱法进行死后分析。

“以前在细胞培养中也做过类似的工作。但是培养皿中的细胞不像在大脑中那样工作，而且它们在相同的地方做同样的事情没有相同的蛋白质，”西北大学的 Yevgenia 说该研究的资深作者 Kozorovitskiy。“在小鼠大脑的复杂组织中进行这项工作更具挑战性。现在我们可以利用蛋白质组学的能力，将其放入具有出色遗传牵引力的更真实的神经回路中。”

通过化学标记蛋白质及其邻居，研究人员现在可以了解蛋白质如何在特定的受控区域内工作，以及它们如何在蛋白质组中相互配合。除了携带大豆酶的病毒外，研究人员还使用他们的病毒携带单独的绿色荧光蛋白。

“病毒本质上是我们传递的信息，”科佐罗维茨基说。“在这种情况下，消息携带了这种特殊的大豆酶。然后，在另一条消息中，我们发送了绿色荧光蛋白，向我们显示哪些神经元被标记。如果神经元是绿色的，那么我们知道大豆酶在那些神经元中表达神经元。”

Kozorovitskiy 是 Soretta 和 Henry Shapiro 分子生物学研究教授，西北温伯格艺术与科学学院神经生物学副教授，生命过程化学研究所成员。她与匹兹堡大学医学中心精神病学助理教授马修麦克唐纳共同领导了这项工作。

蛋白质靶向作用迎头赶上

虽然基因靶向已经彻底改变了生物学和神经科学，但蛋白质靶向却严重滞后。研究人员可以对基因和 RNA 进行扩增和测序，以确定它们的确切组成部分。然而，蛋白质不能以相同的方式进行扩增和测序。相反，研究人员必须将蛋白质分成肽，然后将它们重新组合在一起，这是一个缓慢且不完美的过程。

“我们已经能够通过遗传和 RNA 测序获得很多关注，但蛋白质已经脱离了循环，”Kozorovitskiy 说。“然而，每个人都认识到蛋白质的重要​​性。蛋白质是我们细胞中的最终效应物。了解蛋白质的位置、它们的工作方式以及它们之间的相互关系非常重要。”

“基于质谱的蛋白质组学是一项强大的技术，”博士 Vasin Dumrongprechachan 说。Kozorovitskiy 实验室的候选人和论文的第一作者。“通过我们的方法，我们可以开始以高精度和特异性绘制各种大脑回路的蛋白质组。我们甚至可以量化它们以查看神经元和大脑的不同部分中存在多少蛋白质。”

下一步：更好地了解脑部疾病

现在这个新系统已经过验证并准备就绪，研究人员可以将其应用于疾病小鼠模型，以更好地了解神经系统疾病。

Dumrongprechachan 说：“我们希望扩展这种方法，以开始识别在特定大脑活动模式或神经活性药物引起的变化期间发生的神经元蛋白质的生化修饰，以促进临床进展。”

“我们期待将其应用于与脑部疾病相关的模型，并将这些研究与人脑中的死后蛋白质组学工作联系起来，”Kozorovitskiy 说。“它已准备好应用于这些模型，我们迫不及待地想要开始。”

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