[新技術] 認識你的鄰居 - 利用biotin來標記目標蛋白質周圍的互動蛋白質 20190925 eLIFE

Proximity labeling of protein complexes and cell type-specific organellar proteomes in Arabidopsis enabled by TurboID

Andrea Mair, Shou-ling Xu, Tess C Branon, Alice Y Ting, Dominique C Bergmann

Abstract

Defining specific protein interactions and spatially or temporally restricted local proteomes improves our understanding of all cellular processes, but obtaining such data is challenging, especially for rare proteins, cell types, or events. Proximity labeling enables discovery of protein neighborhoods defining functional complexes and/or organellar protein compositions. Recent technological improvements, namely two highly active biotin ligase variants (TurboID and miniTurbo), allowed us to address two challenging questions in plants: (1) what are in vivo partners of a low abundant key developmental transcription factor and (2) what is the nuclear proteome of a rare cell type? Proteins identified with FAMA-TurboID include known interactors of this stomatal transcription factor and novel proteins that could facilitate its activator and repressor functions. Directing TurboID to stomatal nuclei enabled purification of cell type- and subcellular compartment-specific proteins. Broad tests of TurboID and miniTurbo in Arabidopsis and N. benthamiana and versatile vectors enable customization by plant researchers.

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利用TurboID在特定組織中標記目標蛋白質周圍的蛋白質複合體來研究阿拉伯芥的蛋白質體

摘要

鑑定某個特定蛋白質的互動蛋白質以及識別在時間上或是空間上特別限定的蛋白質體可以推進我們對於所有細胞內運作的了解。但是，要取得這樣的資訊，尤其是對於數量較少的蛋白質、細胞類型或者特定的情況下，是非常具有挑戰性的。周圍標記的方法使得我們可以確認蛋白質周遭的鄰近蛋白，以及辨識功能性的複合體以及/或者胞器蛋白質得組成。近來，在技術上的進步（兩個有非常高活性的biotin嵌合蛋白的變體，名為TurboID及miniTurbo），使得我們能夠針對植物中兩個非常具挑戰性的問題，提出解答：一、在生長發育上佔有重要角色但是數量稀少的轉錄因子，他的對應蛋白質同伴是誰？二、一種稀少的細胞種類的細胞和蛋白質體是有何種組成？

利用FAMA-TurboID所鑑定出來的互動蛋白質體，包含了已知在氣孔保衛細胞中會與FAMA互動的轉錄因子，也獲得了可能可以協助FAMA的誘導或是抑制功能的新蛋白質。而直接針對保衛細胞的細胞核蛋白質體的純化，我們得到了此類細胞所特有的，以及細胞內特定構成部位的蛋白質。最後，在阿拉伯芥與菸草中廣泛地對TurboID與miniTurbo的測試，以及各式的載體質體已經可以讓植物研究學者針對研究的特性來客製化這個系統。

Different methods to isolate interacting partner proteins

*上圖是從一篇論文回顧中擷取，連結 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1367593118301327

這篇論文回顧針對最新的蛋白質體純化方法有很棒的回顧與見解，推薦。

譯者心得：

此篇文章所利用的TurboID是在上圖C中的BioID方式。原理是利用Biotin嵌合蛋白的突變種，可以將biotin活化，但是沒辦法直接鏈結到目標蛋白上，而會被釋放到周圍，而周圍如果有很靠近的蛋白質，具有離氨酸(lysine, K)的話，Biotin就會形成共價鍵而達到標定的目標。再經由可以與Biotin結合的物質，將這些蛋白質沈澱下來，就可以知道在目標蛋白質的周邊，有哪些蛋白質夥伴。另外，因為這個標定的強度與距離成反比，所以在鑑定的時候，如果得到量很多的蛋白質，很可能距離上就比較靠近，所以也可以利用這個方法來推測整個蛋白質的複合體，可能是怎麼樣的組成。是個對於短暫時間的反應，或者是指在很特殊的位置，時間空間上很有限制的反應，是個很不錯可以嘗試的方法。

原文出處： https://elifesciences.org/articles/47864