利用化学探针分析内质网蛋白质组

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推荐一篇发表在JACS上的文章：Chemical profiling of the endoplasmic reticulum proteome using designer labeling reagents，通讯作者是京都大学的Itaru Hamachi教授，他的课题组主要从事蛋白质标记以及生物超分子化学方面的研究。

内质网（ER）是负责蛋白质合成，加工和转运的必需细胞器。随着研究的不断深入，科学家们发现ER与其他细胞器（如线粒体，高尔基体等等）之间的通讯在多种细胞功能中起着关键作用。此外，最近的报道发现细胞应激诱导的ER功能障碍与包括糖尿病，炎症和神经退行性疾病等多种疾病有关。所以对ER相关蛋白进行全面完整的鉴定和表征不仅对基础生物学研究，同时也对了研究和揭示疾病的病因有非常重要的作用。

传统的ER蛋白质组学鉴定主要依赖于使用梯度超速离心的亚细胞分级后进行质谱或凝胶的分析。然而，由于ER中的组成及其与其他细胞器相互作用组分的关联复杂，分离完整的ER非常困难，会导致瞬时ER相关蛋白的大量损失和引入其他细胞器的污染。而化学蛋白质组学方法不需要亚细胞结构的分级，从而可以绕过这个问题对其进行研究，Alice Ting课题组的APEX技术是一个非常强有力的研究细胞器蛋白质组的技术，但是由于这个技术需要表达外源工程化的APEX过氧化物酶，以及加入具有细胞毒性过氧化氢以引发标记反应(今年发表的TurboID技术不存在这个问题)，这可能会引入人为干扰。hamachi课题组之前发展了细胞器定位的活性小分子对线粒体和细胞核的蛋白质组进行鉴定。首先作者利用原来发展的具有ER定位的荧光小分子和可以和半胱氨酸，赖氨酸，酪氨酸反应的反应基团合成连接的到定位内质网的活性小分子（ERM）。进一步用ERM和传统的内质网定位染料对ERM进行成像，对ERM的细胞透性和ER共定位能力进行评估，选择了最好的3, 5，6用于后面的蛋白质标记实验，进一步发现不同的探针标记蛋白质的条带图案是不同。

作者进一步利用自己组制备的anti-rhodol的抗体对其进行富集，质谱鉴定。作者发现鉴定到的其中43.1%的蛋白质为已有报道定位在ER的，46.6%定位在膜、高尔基体和细胞外，这部分蛋白可能是在到达目的位置之前被ERM所标记上的。进一步分析发现其中92%的蛋白质都与分泌通路相关。进一步作者选取了三个原来被注释在膜、高尔基体和细胞外的蛋白PAICS，TXNL1，PPIA，PHGDH，进一步与钙联结蛋白进行共免疫染色，发现前三个蛋白可以在ER中检测到，可能参与了ER的功能，PHGDH没有，可能为假阳性或是在ER里的含量太少无法被检测到。