Cell Reports Methods：报告基因检测细胞间蛋白交换

更新时间：2024-05-16 点击次数：281

细胞通讯（intercellular communication）是多细胞生物维持稳态的重要组成部分，在肿瘤发生、衰老、感染性疾病中发挥着关键作用。细胞通讯通常分为依赖接触的直接通讯和以可溶性因子和细胞外囊泡（extracellular vesicle, EV）的交换为基础的间接通讯。目前，研究细胞通讯有一个关键的难点在于如何区分逃出核内体（endosome）并在细胞质内发挥功能的蛋白质和被溶酶体降解或释放回细胞外空间的蛋白质。目前缺少有效地监测和量化细胞通讯间的功能性蛋白质交换的方法。2023年2月27日，来自美国麻省总医院和哈佛医学院的Killian P. O’Brien课题组在Cell Reports Methods上以Report形式发表了题为Illuminating cellular and extracellular vesicle-mediated communication via a split-Nanoluc reporter in vitro and in vivo的文章，设计了一种基于报告基因信号功能蛋白传递的工具，可用于研究细胞间和细胞外囊泡介导的体外和体内通信。

研究人员首先构建了两个分裂蛋白N65和66C，这两个大小相当的蛋白（N65为10.3 kDa, 66C为13.5 kDa）在彼此靠近时会自发地发生结构变化，当与底物furimazine（FMZ）孵育时，可以催化产生明亮稳定的发光信号。例如，只有当HEK细胞中同时转染两种结构的分裂蛋白后，在细胞内和培养基中才能检测出发光信号。然后研究人员利用这个工具来探究不同的细胞培养方式间蛋白质的交换，包括直接共培养和间接培养。在直接培养模式中，无论是利用Hela细胞直接共培养体系还是人源性胶质瘤细胞系U87和永生化人源星形胶质细胞的直接共培养体系中均可以在细胞内和培养基中检测到N65和66C两者的蛋白转移。此外，在人源性胶质瘤细胞系U87和永生化人源星形胶质细胞的间接共培养体系中，也可以在细胞内和培养基中检测到明显的发光信号。这些结果表明通过分裂的报告基因可以监测细胞通讯间的蛋白质转移。

分裂报告基因构建和功能蛋白转移检测

细胞通讯间的蛋白质转移很可能是通过胞外囊泡运输实现，为了验证这一猜想，研究人员收集了高浓度的胞外囊泡，然后直接将胞外囊泡添加到转染了N65或66C的HeLa细胞中，结果也发现Hela细胞内和培养基中均可以检测到发光信号。此外，为了进一步证明该工具的多功能性，研究人员将核定位信号（nuclear localization signal, NLS）融合到N65结构中，发现两种NLS结构的直接共培养没有导致发光信号的显著增加，NLS-N65与正常66C HEK细胞直接共培养时，发光信号明显增加。最后，研究人员还在动物体内验证了该工具的实用性。先将乳腺癌细胞MDA-MB-231转染为带有N65或66C结构，然后在无胸腺裸鼠皮下注射MDAMB-231-N65或MDA-MB-231-66C细胞或两者混合，结果发现与只有一种细胞的对照组相比，在由两种细胞组成的肿瘤中可以检测到强烈的发光信号，且这种信号随着时间的推移而增加。这也表明该工具可以用于研究体内的细胞通信。

胞外囊泡介导的蛋白传递和体内蛋白传递

综上所述，研究人员开发了一种检测蛋白质直接、间接或胞外囊泡介导的通信功能传递的方法，展示了该方法在体内和体外的功能性和适应性。这一工具将有助于研究人员评估和改善细胞通信和功能性胞外囊泡介导的传递，并进一步帮助我们理解体外和体内的细胞通信。

参考文献

1. Thomas S. S. et al. Illuminating cellular and extracellular vesicle-mediated communication via a split-Nanoluc reporter in vitro and in vivo. Cell Reports Methods 3, 2667-2375 (2023).

2. J. Zhao et al. Self-assembling NanoLuc luciferase fragments as probes for protein aggregation in living cells. ACS Chem. Biol. 11, 132-138 (2016).

3. B.A. Yang et al. Engineered tools to study intercellular communication. Adv. Sci. 8, 2002825 (2021).