在活细胞中同时绘制数千种内源性蛋白质运输图谱的能力，将揭示目前显微镜和质谱法都看不见的生物学。

2023年6月28日，斯坦福大学丁燕萍团队（清华大学秦为为第一作者）在Cell 在线发表题为“Dynamic mapping of proteome trafficking within and between living cells by TransitID”的研究论文，该研究报告了TransitID，一种在活细胞中以纳米空间分辨率无偏定位内源性蛋白质组运输的方法。

两种接近标记(PL)酶TurboID和APEX针对源区室和目的区室，每个酶的PL通过顺序添加它们的小分子底物串联进行。质谱法鉴定了这两种酶标记的蛋白质。利用TransitID，该研究绘制了细胞质溶胶与线粒体、细胞质溶胶与细胞核、核核与应激颗粒(SGs)之间的蛋白质组运输图谱，揭示了SGs在保护转录因子JUN免受氧化应激中的作用。TransitID还能识别巨噬细胞和癌细胞之间的细胞间信号蛋白。TransitID提供了一种基于区隔或细胞类型起源区分蛋白质群体的强大方法。

蛋白质是高度动态的，并且在其生命周期中经常通过多个细胞器或细胞进行转运。虽然单个蛋白质的运动可以通过荧光蛋白标记和显微镜来研究，但没有方法可以精准地发现在特定细胞器或细胞之间运输的内源性蛋白质。这种能力可以揭示细胞器和细胞相互沟通和调节的分子机制，细胞如何划分不同的信号功能，以及单个信号分子的作用。

该研究中的TransitID是一种通用的方法，用于绘制活细胞中内源性蛋白质组的运输和动态。TransitID建立在邻近标记(PL)的基础上，这是一种使用混杂酶(如APEX、BioID和TurboID)在活样品中生成细胞器蛋白质组和蛋白质相互作用组的单时间点快照的方法。然而，这些数据集几乎没有揭示蛋白质如何移动以发出信号，提供调节和/或响应细胞外和细胞内信号。

为了提供这种能力，作者假设了多路正交PL酶在同一生物样品中串联执行两个PL反应。第一个标记，由一种PL酶催化，定位到一个“源”位置，随后是一个从几分钟到几天不等的追踪期。第二个标记将由第二个PL酶催化，在“目的地”位置表达。随后，将样品裂解，并通过质谱富集和鉴定两种PL酶双重标记的蛋白质。

机理模式图（图源自Cell ）

该研究开发的TransitID使用核编码的线粒体蛋白对其进行验证，并探索了三种不同的细胞内应用-定位线粒体蛋白的局部与胞质翻译，定位应激下细胞质到细胞核的蛋白质组穿梭，以及定位细胞应激反应期间核核和应激颗粒(SGs)之间的蛋白质组运输。验证和探索每个数据集的特定命中，从而发现诸如SG在保护转录因子JUN免受氧化应激后聚集和降解方面的作用。该研究证明了TransitID可用于捕获肿瘤细胞和巨噬细胞之间细胞间交换的内源性蛋白质。

原文链接：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)00596-2