乐投letou生物报路：细胞的性命活动受到各个亚细胞器（细胞核、线粒体、内质网等）中蛋白质网络的精密调控，，，，，以保障其井井有条地进行。。。。。任一亚细胞区域中蛋白质“零件”的败坏或失调，，，，，就有可能“牵一发而动全身”，，，，，造成细胞的异常甚至疾病的产生。。。。。因而，，，，，钻研亚细胞区域的蛋白质组，，，，，尤其是针对临床疾病有关的样品，，，，，一向以来是蛋白质组学钻研的热点。。。。。近年来，，，，，邻近象征（proximity labeling）技术的发展，，，，，突破了传统亚细胞器分离步骤的局限，，，，，使得在活细胞中原位钻研特定亚细胞蛋白质组成为可能。。。。。然而，，，，，基于生物催化的邻近象征技术往往必要对细胞进行基因刷新以在胞内引入邻近象征酶（如APEX，，，，，BioID等），，，，，使其不合适在难以基因刷新的样品（尤其是原代细胞、临床样品）中使用。。。。。若何开发合用于原代活细胞及组织样品的邻近象征技术，，，，，成为该领域亟需攻克的挑战。。。。。

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近期，，，，，以幼分子光催化邻近象征为代表的化学生物学步骤的出现展示出了用于难转染样品钻研的巨大潜力。。。。。如诺奖得主MacMillan课题组结合默克钻研人员开发了基于光催化产生涯性卡宾探针的细胞膜蛋白质邻近象征技术μMap1，，，，，并在此基础上持续索求这类新型技术的利用领域2。。。。。北京大学化学与分子工程学院的陈鹏/樊新元团队基于光催化产生涯性亚甲基醌探针开发细胞内线粒体蛋白质邻近象征技术CAT-Prox3，，，，，细胞膜受体靶向的CAT-Ex技术4，，，，，细胞互作邻近象征的CAT-Cell5等技术。。。。。随后在国内表钻研者的共同推动下，，，，，光催化邻近象征的钻研获得了蓬勃发展，，，，，好多创新技术相继涌现，，，，，为蛋白质组学钻研提供了全新的化学工具。。。。。

然而，，，，，组织原代、甚至人体临床等更为复杂样品的原位象征由于存在技术瓶颈而一向处于空缺。。。。。2024年3月28日，，，，，陈鹏/樊新元团队在Nature Communications杂志颁发了题为“Bioorthogonal photocatalytic proximity labeling in primary living samples”的钻研论文。。。。。他们在前期开发的线粒体靶向的光催化邻近象征技术CAT-Prox的基础上，，，，，通过化学刷新开发出新一代拥有更高象征活性的硫代亚甲基醌探针，，，，，以适应更为复杂的原代组织的生物样品，，，，，从而实现了组织原代、甚至人体临床样品的线粒体蛋白质的原位象征（CAT-S技术）6。。。。。

作者首先基于前期的CAT-Prox技术进行系统性优化和升级，，，，，出格是针对传统常用的亚甲基醌（QM）象征探针进行化学刷新，，，，，通过引入硫原子开发出新一代硫代QM象征基团（thioQM），，，，，在体表及活细胞内展示出比传统氧代QM显著提升的蛋白质象征效能。。。。。之后，，，，，在多种细胞系中验证了该步骤对线粒体蛋白质的高效捉拿。。。。。通过与蛋白质谱技术的联用，，，，，可能在80%左右的高特异性水平下，，，，，定量鉴定300个以上的线粒体蛋白，，，，，描述活细胞线粒体蛋白质组特点；；；；；；通过综合分析在多种细胞系中获取的数据，，，，，进一步挖掘并验证了PTPN1、SLC35A4 uORF及TRABD三个新的线粒体定位蛋白，，，，，展示该技术在发现新的线粒体蛋白方面的能力。。。。。

原代活细胞样品（尤其是临床样品）上的利用一向是邻近象征领域的难点。。。。。对此，，，，，钻研者通过CAT-S技术实现了对幼鼠肾脏、脾脏的解离细胞样品中线粒体蛋白的邻近象征捉拿，，，，，预防了酶法邻近象征技术对转基因动物模型的依赖。。。。。据此，，，，，钻研者定量比力了肥胖诱导II型糖尿病幼鼠和健全幼鼠中的肾脏线粒体蛋白质组特点，，，，，发现一系列在疾病状态下表白变动的线粒体蛋白。。。。。其中，，，，，脂代谢有关酶类的变动较为显著，，，，，其中Aldh3a2、Acsm2的降落可能造成了有关脂质代谢物的累积，，，，，潜在地推进了糖尿病有关的肾病发展。。。。。此表，，，，，钻研者还证了然CAT-S技术可能对人血液样品中原代T细胞进行原位线粒体蛋白象征，，，，，展示了在临床样品上的利用潜力。。。。。

综上，，，，，该工作对生物正交光催化象征化学进一步发展，，，，，实现了其在动物组织和临床起源的原代细胞的利用，，，，，并进行了原位线粒体蛋白质组解析。。。。。其无需基因刷新、通用性、光控时空分辨等特点，，，，，为原代样品的亚细胞蛋白质组学钻研启发了新蹊径。。。。；；；；；；诟谜绞酰，进一步发展靶向其他亚细胞区域的生物正交象征步骤、探索更多疾病有关的组学信息，，，，，将是将来值得等待的方向。。。。。

樊新元和陈鹏为本文的通讯作者，，，，，博士后刘子琦与博士钻研生郭；；；；；；⑽疚牡墓餐谝蛔髡。。。。。该工作得到来自国度天然科学基金、科技部沉点研发打算、北京市天然科学基金、李革-赵宁性命科学青年钻研基金等项目经费的支持。。。。。

参考文件：

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2. Seath, C. P.; Burton, A. J.; Sun, X.; Lee, G.; Kleiner, R. E.; MacMillan, D. W. C.; Muir, T. W., Tracking chromatin state changes using nanoscale photo-proximity labelling. Nature 2023,616 (7957), 574—580.

3. Huang, Z.; Liu, Z.; Xie, X.; Zeng, R.; Chen, Z.; Kong, L.; Fan, X.; Chen, P. R., Bioorthogonal Photocatalytic Decaging-Enabled Mitochondrial Proteomics. J. Am. Chem. Soc. 2021,143 (44), 18714—18720.

4. Liu, Z.; Xie, X.; Huang, Z.; Lin, F.; Liu, S.; Chen, Z.; Qin, S.; Fan, X.; Chen, P. R., Spatially resolved cell tagging and surfaceome labeling via targeted photocatalytic decaging. Chem 2022,8 (8), 2179—2191.

5. Zhang, Y.; Liu, S.; Guo, F.; Qin, S.; Zhou, N.; Fan, X.; Chen, P. R., Bioorthogonal photocatalytic quinone methide decaging for cell-cell interaction labeling. bioRxiv 2023, 2023.04. 08.536099.

6. Liu, Z.; Guo, F.; Zhu, Y.; Qin, S.; Hou, Y.; Guo, H.; Lin, F.; Chen, P. R.; Fan, X., Bioorthogonal photocatalytic proximity labeling in primary living samples. Nat. Commun. 2024,15 (1), 2712.