分享一篇发表在Nature Chemical Biology上面的论文，文章的标题是“Profiling the proximal proteome of the activated μ-opioid receptor”。本文开发了一种可以分析GPCR受体互作网络的蛋白质组学方法，并以此研究了激活态下μ型-阿片受体的互作蛋白。其通讯作者是来自加州大学旧金山分校的Mark Von Zastrow教授和斯坦福大学的Ruth Hüttenhain教授，前者的研究方向是神经信号受体的膜运输机理，后者的研究方向是定量蛋白质组学。
看过美剧《成瘾剂量(Dopesick)》的同学对剧中的奥施康定(OxyContin)一定不陌生，其主要成分就是阿片。作为近十几年镇痛药物的明星分子，无论是其本身有趣的作用机理、其商业上的巨大成功及引发的严重药物滥用问题，无不吸引了大量科学家、政府、媒体和公众的关注。作者之前开发了一种研究细胞表面受体互作蛋白质组分析方法GPCR-APEX，该方法基于邻近标记，通过在GPCR受体上连接抗坏血酸过氧化物酶(APEX2)，标记受体周围邻近蛋白，随后通过生物素富集及定量蛋白质组学分析，从而鉴定出受体互作蛋白质组。在本论文中，作者通过该方法系统研究了不同配体对μ型-阿片受体内化过程中互作蛋白的影响。作者选用了三种不同激活效果的μ-阿片受体激动剂：G蛋白和β-arrestin通路完全激动剂DAMGO、部分激动剂吗啡和只激活G蛋白通路的部分激动剂PZM21，通过比较三种激动剂作用下的阿片受体互作蛋白质组区别，作者发现差异蛋白主要来源于阿片受体内吞和运输途径，DAMGO激活组可以明显看到生物素标记蛋白从细胞膜到内吞体再到溶酶体的随时间变化的运输过程，而PZM21激动剂几乎不会引起受体内吞的情况出现。邻近标记方法通常会标记许多背景蛋白，为了区分出真正参与互作的蛋白，作者通过选择出内吞体、细胞膜、溶酶体位置特异的指示蛋白，通过线性拟合建模计算位置相关系数，作者不仅重现了μ型-阿片受体内化过程中从细胞膜到内吞体最终到溶酶体的动力学过程，也开发出了去除背景蛋白的算法，很好区分出了背景蛋白EEA1和真正互作蛋白ARRB2。随后作者选择了8个可能与μ型-阿片受体有相互作用的蛋白进行功能分析，他们利用CRISPR敲除这些受体后，发现VPS35和COMMD3敲除后，细胞表面相对细胞内μ型-阿片受体的比例有所降低；同时作者还发现了EYA4和KCTD12也参与μ型-阿片受体功能调控，通过功能分析发现，EYA4主要通过增强Gs介导的cAMP增加，而KCTD12则主要通过影响Gi和Gs介导的信号去敏感化。总而言之，作者通过基于邻近标记的GPCR-APEX技术，系统评估了不同配体对μ型-阿片受体运输过程中互作的蛋白网络的影响，并开发了计算模型得以直接以受体标记的蛋白质组信息进行受体运输轨迹的重建和非互作蛋白的去噪。原文链接：https://www.nature.com/articles/s41589-024-01588-3文章引用：10.1038/s41589-024-01588-3
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