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细胞通过区室化内部不同功能，不仅能保护自身、提高生化反应的效率，还能有效调控各种细胞活动和功能，从而促进正常运作并增强适应能力。因此，对人类细胞所有的蛋白质进行高通量的亚细胞定位尤为关键。基于免疫荧光或者融合蛋白显微成像的方法通量不足。基于邻位连接+质谱的方法可以分析局部亚细胞蛋白构成， 基于离心分离+质谱可以在一定程度揭示蛋白质组规模的亚细胞定位，但定位精度存在不足。
2024年12月31日，来自美国旧金山的Chan Zuckerberg Biohub的Manuel Leonetti 研究团队在Cell 杂志上发表题为 “Global organelle profiling reveals subcellular localization and remodeling at proteome scale” 的研究论文。 该研究研发了一种高分辨率、高通量的蛋白质亚细胞分布分析技术，并用该技术绘制人类蛋白质组的高分辨率亚细胞参考图谱。研究进一步发现，在人类冠状病毒OC43感染细胞后，大量蛋白质在细胞内重新定位，但其丰度并未发生显著变化。这一成果不仅显著提升了蛋白质组在亚细胞定位方面的分辨率及通量，还加深了我们对其在扰动条件下动态变化的认识。
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研究团队使用CRISPR/Cas9技术对19个膜性和非膜性细胞器和亚细胞结构的37个标志物基因进行了内源性标记。将这些标记与亲和富集质谱技术以及一种基于拓扑图（graph-based）的全新分析方法结合，一次性解析了HEK293T细胞中表达的约一万个蛋白质中的7600多种蛋白质的亚细胞定位，并进一步厘清了其他技术方法难以精准解析的反式高尔基体、早期内体和次级内体等细胞器亚型中的定位蛋白。通过基于拓扑图的分析方法，研究人员充分挖掘并释放了数据潜力，批量鉴别出在不同细胞器之间介导分子转运、信号转导等关键功能的“界面”蛋白，展现出该技术在探索细胞器间功能联系方面的巨大潜力。接下来，研究人员利用这项新技术，深入解析了人类冠状病毒OC43感染对细胞蛋白质组亚细胞定位的重塑。通过基于拓扑图的分析方法，鉴定出633种在感染后亚细胞定位发生显著变化的蛋白质。值得关注的是， 这些定位变化的蛋白质中，仅有54种在蛋白质丰度上出现差异，只有103种对应基因在转录水平上发生变化，说明丰度分析只能捕捉感染后细胞内部变化的部分信息。研究人员还发现调节铁死亡通路的重要蛋白ACSL4，GPX4，NCOA4均有显著定位改变，且NCOA4在感染后与活跃的增长中的自噬体关键蛋白有相似定位，研究人员随后验证了OC43感染细胞后激活铁死亡通路。本研究的新技术展示了亚细胞定位重塑分析是蛋白质组学和转录组学丰度变化分析的重要补充和提升，为全面捕捉内外扰动引发的细胞内部变化全貌提供了全新的可靠的技术支撑。![]()
研究团队上线了交互式数据分享网页（organelles.czbiohub.org），便于研究人员深入探索此研究的数据集和可视化功能。这一研究为高通量绘制蛋白质组亚细胞定位以及揭示细胞在病毒感染等应激状态下的动态变化提供了全新的技术途径。Marco Hein， Duo Peng （彭铎）， Joshua Elias 和 Manuel Leonetti 为本研究的共同通讯作者。Marco Hein 是奥地利维也纳马克斯佩鲁茨实验室的系统生物学和病毒学实验室课题组长； 彭铎， Joshua Elias， Manuel Leonetti 分别是Chan Zuckerberg Biohub的资深计算生物学家，质谱平台带头人和资深课题组长兼系统生物学主任。https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.11.028BioART战略合作伙伴
（*排名不分先后）
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