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在我們的細胞中，磷酸基團分子不斷附著在蛋白質上或從蛋白質上脫離。這些“翻譯后修飾”改變了蛋白質的功能。

拉霍亞免疫學研究所 ( LJI ) 和全球自身免疫研究所助理教授 Samuel Myers 博士說：“少量的化學‘裝飾物’以非?？焖俚姆绞綇牡鞍踪|中添加或去除，這些修飾改變了蛋白質與其他生物分子的相互作用方式。”

邁爾斯領導著拉霍亞醫學院的免疫化學回路實驗室，他的團隊率先使用質譜法、先進的基因組工程工具和表型篩選來研究在免疫細胞中發揮重要作用的蛋白質修飾。邁爾斯和他的同事最近開發了一種新方法，發表在《自然方法》雜志上，用于快速評估磷酸基團附著在蛋白質上并調節其功能的“磷酸化位點”。

對于研究蛋白質如何在免疫系統中發揮作用的科學家來說，這種方法是一次重大飛躍。“這種方法基本上創造了一種全新的實驗世界，人們可以進行這種實驗，”邁爾斯補充道。

在這項新研究中，研究人員利用這種方法闡明了在抗病 T 細胞中形成復雜“信號通路”的蛋白質。

“關于這些信號通路，我們還有很多不了解的地方，”LJI 研究技術員 Patrick Kennedy 說道，他是這項新研究的第一作者。“這種新方法為研究人員打開了了解更多知識的大門。”

新方法的工作原理

為了制造蛋白質，細胞會將 DNA “轉錄”成一種有用的分子，稱為 mRNA。然后，細胞“翻譯”mRNA 代碼來組裝蛋白質。然后，蛋白質被修飾，以達到最終的活性形式。在這項新研究中，邁爾斯和他的團隊專注于構成觸發 T 細胞活化的信號通路的修飾。

T 細胞活化是指 T 細胞做好對抗病原體的準備。“T 細胞活化是許多自身免疫性疾病的關鍵，而 T 細胞活化問題正是免疫系統無法妥善處理癌癥的原因，”邁爾斯說。“因此，我們需要更深入地了解信號傳導和 T 細胞活化途徑。”

T 細胞在激活過程中協調大量新的翻譯后修飾。Myers 和他的同事想知道磷酸基團附著在這些蛋白質上的確切位置。這些修飾如何影響功能?它們會增加還是減少蛋白質功能——對 T 細胞激活有影響嗎?

為了找到答案，科學家們利用了一種名為 Cas9 介導的堿基編輯器的基因編輯工具，他們用它對 T 細胞的 DNA 代碼進行了非常小的有針對性的調整。這為科學家們提供了一個突變蛋白質庫，這些蛋白質不再能以相同的方式進行修改。然后他們促使突變的 T 細胞根據其改變的功能進行組裝。

由于 DNA 和 RNA 發生突變，這些新蛋白質缺乏其通常的磷酸化位點。Myers 和他的團隊隨后測試了新蛋白質的功能是減弱還是增強，或者這些變化是否會導致任何功能差異。

新方法讓他們以閃電般的速度找到了答案。“人們通常一次只觀察 10 或 20 個磷酸化位點，”邁爾斯說。“但因為我們是質譜實驗室，所以我們可以使用這種技術觀察所有磷酸化——現在我們可以一次對 10,000 個或更多的磷酸化位點進行這種功能測試。”

科學家們快速分析了大約 11,000 個磷酸化位點。然后他們與 LJI 下一代測序核心合作，對經過編輯的 T 細胞進行分析。他們的分析揭示了磷酸基團如何在細胞準備對抗疾病時指導特定的基因表達反應。

邁爾斯說：“根據我們做出的突變，我們實際上可能能夠調整 T 細胞活化途徑中不同基因亞群的水平。”

邁爾斯希望，研究人員可以進一步推進基因“調節”，并找出如何激活特定免疫細胞來對抗疾病。例如，科學家可能希望只激活某些 T 細胞亞群來阻止癌癥發展。邁爾斯說：“我們能否在治療癌癥的情況下激活 CD8+‘殺手’T 細胞，而不激活通常會抑制免疫系統的調節性 T 細胞?”

Myers 補充說，磷酸基團并不是唯一能改變蛋白質功能的分子。他解釋說，新方法可以應用于研究多種類型的翻譯后修飾，包括 Myers 稱之為“初戀”的修飾 O-GlcNAc。