新技术实现活细胞内线粒体蛋白质的原位构象和相互作用解析

蛋白质是生物功能的执行者，其动态组装介导的高维度信号传导贯穿于不同细胞器，并调控着诸多生命过程。对细胞器中蛋白质原位构象和相互作用的时空动态变化精准解析，对于理解生命过程、揭示疾病机制、筛选生物标志物以及寻找药物靶标具有重要意义。近日，中国科学院大连化学物理研究所张丽华研究员团队，在基于交联剂载体靶向递送的活细胞内线粒体蛋白质原位构象和相互作用解析方面取得新进展。相关成果发表在《自然一通讯》。

本工作中，团队以双十八烷基二甲基溴化铵为靶向基团、以聚乳酸—乙醇酸为载体基质、以聚甲醛35氢化蓖麻油为保护剂，通过乳化溶剂蒸发法，制备了高包埋交联剂双琥珀酰亚胺辛二酸酯的纳米颗粒。随后，在靶向基团识别和保护剂的共同作用下，纳米颗粒将交联剂靶向递送至HepG 2细胞线粒中，交联剂被释放后对线粒体中的蛋白质复合物进行原位交联。最后，团队利用液质联用鉴定交联肽段，对线粒体中蛋白质复合物原位构象和相互作用位点进行精准解析。该技术不仅实现了活细胞内空间分辨的蛋白质复合物的低扰动原位交联，而且与已发表的先分离细胞器再交联以及全细胞原位交联方法相比，可以鉴定到更多的细胞器靶向的蛋白质复合物。

利用该技术鉴定到的线粒体呼吸链蛋白质复合物信息，不仅与蛋白质晶体学结构或AlphaFold预测的结构高度匹配，而且还提供了74对未报道的蛋白质—蛋白质相互作用信息，这些未报道的相互作用主要与氧化磷酸化的主要场所——线粒体嵴形成有关，这为深入研究线粒体的能量转换提供了技术支撑。

“这一技术将纳米载体首次拓展到蛋白质复合物分析领域，为在活体水平开展靶向细胞器的蛋白质原位构象和相互作用解析提供了新思路。”张丽华介绍道。

孙丹宁