生物学家揭示了一种可以终身调节动物组织中蛋白质水平的方法

转载自：https://interestingengineering.com/health/protein-control-living-animals

该技术能够实现终身、组织特异性的蛋白质控制，帮助科学家将衰老视为一个协调的全身过程进行研究。

生物学研究人员长期以来面临着一个棘手的局限性。他们可以删除蛋白质或关闭基因，但无法在动物的一生中精确控制特定组织中蛋白质的含量。

这一差距减缓了人们对衰老以及器官如何在分子水平上相互影响的理解。

现在，科学家们开发出一种方法，可以对活体动物不同组织内的蛋白质水平进行精确的、终身的控制。

这项技术使研究人员能够通过校准而不是强制手段来增加或减少蛋白质含量。

它为研究衰老、疾病和全身生物协调开辟了新的途径。

巴塞罗那基因组调控中心和剑桥大学的科学家们在秀丽隐杆线虫中验证了该方法。

他们调整了动物肠道和神经元中的蛋白质水平，而线虫仍然正常地生活、进食和生长。

这种新方法解决了实验生物学中长期存在的一个难题。

许多现有工具要么完全去除蛋白质，要么只能短期有效。还有一些工具无法在动物的整个生命周期内靶向特定组织。

这些限制使得研究衰老等系统性过程变得困难。衰老依赖于器官之间持续不断的沟通。

一种蛋白质在一种组织中可能延长寿命，但在另一种组织中却可能缩短寿命。标准的基因开关实验通常无法区分这些效应。

“没有一种蛋白质是单独发挥作用的。我们的新方法使我们能够研究不同组织中的多种蛋白质如何协同作用来控制身体的功能和衰老，”基因组调控中心的研究员、该论文的资深作者尼古拉斯·斯特劳斯特鲁普博士说。

研究人员也一直难以追踪微小的分子变化如何随时间推移在体内扩散。

蛋白质水平的细微变化可能会产生巨大的影响，但旧工具缺乏测量这些变化的精度。

蛋白质像卷一样转动

“要了解生物学中的细微差别，有时你需要这里蛋白质浓度的一半，那里蛋白质浓度的四分之一，但到目前为止，我们所拥有的技术都专注于消除蛋白质，”斯特劳斯特鲁普博士解释说。

“我们原本希望能够像调节电视音量一样控制蛋白质，现在我们可以提出各种各样的新问题了。”

这项技术建立在最初从植物生物学中发展而来的系统中。植物利用一种名为生长素的激素来调节生长。科学家们将这一过程改造为生长素诱导降解子（AID）系统。

在AID系统中，研究人员会给蛋白质添加一个降解子。一种名为TIR1的酶能够识别该降解子，并在生长素存在时降解蛋白质。当生长素消失时，蛋白质会重新出现。科学家们广泛利用该系统进行快速、可逆的蛋白质调控。

然而，传统的AID系统主要像开关一样运作。蛋白质出现或消失，但对剂量或位置的控制却很有限。

研究团队设计了一种更灵活的版本，称为“双通道”AID系统。

他们构建了不同版本的TIR1酶和相应的降解标签。每种酶都对不同的生长素化合物做出反应。

通过将这些酶放置在不同的组织中，科学家们分别控制了神经元和肠道中的同一种蛋白质。

他们还同时控制了两种不同的蛋白质。研究团队在超过10万条线虫上测试了该系统。

研究人员还克服了一个重大障碍。

许多辅助生殖系统在生殖组织中失效。研究团队将问题追溯到生殖细胞系中的一个生物学过程，并改进了他们的系统以克服这一问题。

“要让这项技术发挥作用，确实是一项工程挑战。我们必须测试不同的合成开关组合，才能找到互不干扰的完美组合，”基因组调控中心博士后研究员、该研究的合著者杰里米·维森西奥博士说道。

“现在我们已经攻克了这个难题，可以同时以惊人的精度控制两种不同的蛋白质。”

研究人员表示，该工具可能会重塑衰老和疾病的研究方式。

它使科学家能够探究多少蛋白质才足够，何时变化最为重要，以及影响如何随时间推移在体内扩散。

该研究发表在《自然通讯》杂志上。