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在我們的細(xì)胞中，磷酸基團(tuán)分子不斷附著在蛋白質(zhì)上或從蛋白質(zhì)上脫離。這些“翻譯后修飾”改變了蛋白質(zhì)的功能。

拉霍亞免疫學(xué)研究所 ( LJI ) 和全球自身免疫研究所助理教授 Samuel Myers 博士說(shuō)：“少量的化學(xué)‘裝飾物’以非?？焖俚姆绞綇牡鞍踪|(zhì)中添加或去除，這些修飾改變了蛋白質(zhì)與其他生物分子的相互作用方式。”

邁爾斯領(lǐng)導(dǎo)著拉霍亞醫(yī)學(xué)院的免疫化學(xué)回路實(shí)驗(yàn)室，他的團(tuán)隊(duì)率先使用質(zhì)譜法、先進(jìn)的基因組工程工具和表型篩選來(lái)研究在免疫細(xì)胞中發(fā)揮重要作用的蛋白質(zhì)修飾。邁爾斯和他的同事最近開(kāi)發(fā)了一種新方法，發(fā)表在《自然方法》雜志上，用于快速評(píng)估磷酸基團(tuán)附著在蛋白質(zhì)上并調(diào)節(jié)其功能的“磷酸化位點(diǎn)”。

對(duì)于研究蛋白質(zhì)如何在免疫系統(tǒng)中發(fā)揮作用的科學(xué)家來(lái)說(shuō)，這種方法是一次重大飛躍。“這種方法基本上創(chuàng)造了一種全新的實(shí)驗(yàn)世界，人們可以進(jìn)行這種實(shí)驗(yàn)，”邁爾斯補(bǔ)充道。

在這項(xiàng)新研究中，研究人員利用這種方法闡明了在抗病 T 細(xì)胞中形成復(fù)雜“信號(hào)通路”的蛋白質(zhì)。

“關(guān)于這些信號(hào)通路，我們還有很多不了解的地方，”LJI 研究技術(shù)員 Patrick Kennedy 說(shuō)道，他是這項(xiàng)新研究的第一作者。“這種新方法為研究人員打開(kāi)了了解更多知識(shí)的大門(mén)。”

新方法的工作原理

為了制造蛋白質(zhì)，細(xì)胞會(huì)將 DNA “轉(zhuǎn)錄”成一種有用的分子，稱(chēng)為 mRNA。然后，細(xì)胞“翻譯”mRNA 代碼來(lái)組裝蛋白質(zhì)。然后，蛋白質(zhì)被修飾，以達(dá)到最終的活性形式。在這項(xiàng)新研究中，邁爾斯和他的團(tuán)隊(duì)專(zhuān)注于構(gòu)成觸發(fā) T 細(xì)胞活化的信號(hào)通路的修飾。

T 細(xì)胞活化是指 T 細(xì)胞做好對(duì)抗病原體的準(zhǔn)備。“T 細(xì)胞活化是許多自身免疫性疾病的關(guān)鍵，而 T 細(xì)胞活化問(wèn)題正是免疫系統(tǒng)無(wú)法妥善處理癌癥的原因，”邁爾斯說(shuō)。“因此，我們需要更深入地了解信號(hào)傳導(dǎo)和 T 細(xì)胞活化途徑。”

T 細(xì)胞在激活過(guò)程中協(xié)調(diào)大量新的翻譯后修飾。Myers 和他的同事想知道磷酸基團(tuán)附著在這些蛋白質(zhì)上的確切位置。這些修飾如何影響功能?它們會(huì)增加還是減少蛋白質(zhì)功能——對(duì) T 細(xì)胞激活有影響嗎?

為了找到答案，科學(xué)家們利用了一種名為 Cas9 介導(dǎo)的堿基編輯器的基因編輯工具，他們用它對(duì) T 細(xì)胞的 DNA 代碼進(jìn)行了非常小的有針對(duì)性的調(diào)整。這為科學(xué)家們提供了一個(gè)突變蛋白質(zhì)庫(kù)，這些蛋白質(zhì)不再能以相同的方式進(jìn)行修改。然后他們促使突變的 T 細(xì)胞根據(jù)其改變的功能進(jìn)行組裝。

由于 DNA 和 RNA 發(fā)生突變，這些新蛋白質(zhì)缺乏其通常的磷酸化位點(diǎn)。Myers 和他的團(tuán)隊(duì)隨后測(cè)試了新蛋白質(zhì)的功能是減弱還是增強(qiáng)，或者這些變化是否會(huì)導(dǎo)致任何功能差異。

新方法讓他們以閃電般的速度找到了答案。“人們通常一次只觀察 10 或 20 個(gè)磷酸化位點(diǎn)，”邁爾斯說(shuō)。“但因?yàn)槲覀兪琴|(zhì)譜實(shí)驗(yàn)室，所以我們可以使用這種技術(shù)觀察所有磷酸化——現(xiàn)在我們可以一次對(duì) 10,000 個(gè)或更多的磷酸化位點(diǎn)進(jìn)行這種功能測(cè)試。”

科學(xué)家們快速分析了大約 11,000 個(gè)磷酸化位點(diǎn)。然后他們與 LJI 下一代測(cè)序核心合作，對(duì)經(jīng)過(guò)編輯的 T 細(xì)胞進(jìn)行分析。他們的分析揭示了磷酸基團(tuán)如何在細(xì)胞準(zhǔn)備對(duì)抗疾病時(shí)指導(dǎo)特定的基因表達(dá)反應(yīng)。

邁爾斯說(shuō)：“根據(jù)我們做出的突變，我們實(shí)際上可能能夠調(diào)整 T 細(xì)胞活化途徑中不同基因亞群的水平。”

邁爾斯希望，研究人員可以進(jìn)一步推進(jìn)基因“調(diào)節(jié)”，并找出如何激活特定免疫細(xì)胞來(lái)對(duì)抗疾病。例如，科學(xué)家可能希望只激活某些 T 細(xì)胞亞群來(lái)阻止癌癥發(fā)展。邁爾斯說(shuō)：“我們能否在治療癌癥的情況下激活 CD8+‘殺手’T 細(xì)胞，而不激活通常會(huì)抑制免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性 T 細(xì)胞?”

Myers 補(bǔ)充說(shuō)，磷酸基團(tuán)并不是唯一能改變蛋白質(zhì)功能的分子。他解釋說(shuō)，新方法可以應(yīng)用于研究多種類(lèi)型的翻譯后修飾，包括 Myers 稱(chēng)之為“初戀”的修飾 O-GlcNAc。