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生物大分子間的相互作用，例如蛋白-蛋白以及蛋白-核酸相互作用，在各種生命過程中廣泛存在，並起著重要的調控作用。發展大規模分析生物分子間相互作用的方法對生物學功能探索和疾病幹預具有重要的意義。雖然親和純化和酵母雙雜交等傳統生化研究方法被廣泛應用於發掘潛在的蛋白質相互作用，但它們都具有各自的缺點和局限性。
2021年1月11日，來自史丹福大學的化學生物學家Alice Ting教授在Nature Methods雜誌上發表了題為「Deciphering molecular interactions by proximity labeling」的綜述論文。該論文全面總結了鄰近標記技術在生物大分子間相互作用中的廣泛應用，並詳細闡述了相關新方法的研究進展以及潛在的研究方向。該論文是由Ting實驗室的博士後秦為，博士生Kelvin Cho，Peter Cavanagh與Alice Ting教授共同完成。
鄰近標記技術為研究蛋白質相互作用提供了一個與傳統方法互補的選擇。該技術依賴於具有鄰近標記功能的工具酶，包括過氧化氫酶(e.g. APEX, HRP)和生物素連接酶(e.g. BioID, TurboID)等，在活細胞水平對鄰近生物分子進行生物素標記。由於這些酶催化產生的高反應活性小分子具有很短的壽命，因此鄰近標記技術具有較高的空間特異性。結合基於質譜的蛋白質組學技術和高通量測序技術，人們可以實現對鄰近生物分子的大規模分析。
鄰近標記技術近年來在蛋白-蛋白相互作用領域已經獲得了廣泛的應用。通過基因編碼將鄰近標記工具酶與目標蛋白(bait)融合， 可以實現對瞬時或者低親和性相互作用蛋白的直接捕獲。基於此，鄰近標記技術成功實現了對動態信號轉導通路，不可溶目標蛋白，酶-底物相互作用等研究難點的深度解析。另外，該技術也很快從活細胞水平拓展至活體水平，目前已經在細菌，酵母，果蠅，線蟲，植物和小鼠等模式生物中得到了應用。
與此同時，鄰近標記技術也可以用於研究蛋白-RNA以及蛋白-DNA間的相互作用。例如，通過融合dCas9和鄰近標記工具酶，我們可以分析基因組特定位置的結合蛋白。類似地，鄰近標記工具酶與dCas13的結合可以實現對特定RNA的結合蛋白的標記和鑑定。
綜上所述，經過近十年來的發展，鄰近標記技術已經逐漸獲得了生物學家的青睞。通過發展更高效和更具時空分辨度的新方法，鄰近標記技術有望在不久的將來解決更多更複雜的生物學問題。
最後，關於鄰近標記實驗過程中的具體細節，感興趣的朋友可以參考Ting實驗室的Nature Protocols文章【1,2】以及課題組主頁的視頻講座資料(https://www.tinglab.org/proximitylabeling-workshop-2020)。
原文連結：
https://www.nature.com/articles/s41592-020-01010-5