[创新技巧]细胞表面的快照

瑞士联邦理工学院的Bernd Wollscheid和西雅图系统生物学研究院的Julian Watts开发出一种新策略，来描绘细胞表面的蛋白质组。研究小组小组已经利用这个策略绘制了几个不同细胞系以及原代细胞的表面蛋白质组图谱，并跟踪了小鼠胚胎干细胞在分化成神经前体细胞时表面蛋白质组是如何变化的。

什么决定了细胞类型？分辨细胞类型的方法之一是利用它们表面的独特标志物。以前，抗体就经常干这工作。但人们发现，合适的抗体往往不多见，能平行分析的更是少数。后来，基于质谱的蛋白质组学技术就取代了抗体的工作。有了质谱仪，研究人员能一次浏览成百上千个蛋白，很快很强大。不过，蛋白质组的制备却是个瓶颈。

最近，瑞士联邦理工学院的Bernd Wollscheid和西雅图系统生物学研究院的Julian Watts开发出一种新策略，来描绘细胞表面的蛋白质组。过去在分析细胞表面蛋白时，常常遇到的困难就是分离膜蛋白组分，以及用质谱来分析疏水跨膜蛋白。但Wollscheid的小组灵机一动，绕过了这块大石头。由于细胞表面的大部分蛋白都被糖基化，如果能选择性捕获糖基化肽段，那问题可能会简单很多。

他们开发的细胞表面捕获策略是从完整的活细胞上分离表面N-连接的糖肽，首先利用温和的氧化步骤把所有多糖的cis-diol基团转化成醛，并用肼化生物胞素（biocytin hydrazide）标记。标记的肽段被消化，并亲和纯化。之后利用酶将多糖从天冬酰胺残基上切下，从而从磁珠上释放。在切割的过程中，天冬酰胺转变成天冬氨酸。这种质量的转移有两个目的：它能被质谱仪所检测，进而定位糖基化位点，以及之前来自细胞表面的糖基化肽段。

Wollscheid的小组已经利用这个策略绘制了几个不同细胞系以及原代细胞的表面蛋白质组图谱。他们还将细胞表面捕获与定量蛋白质组结合起来。他们跟踪了小鼠胚胎干细胞在分化成神经前体细胞时表面蛋白质组是如何变化的。Wollscheid说：“我们面临的问题是，细胞表面的蛋白究竟是发生了改变，还是蛋白没变，而只是数量有变？我们现在已经找到了解决办法。”他们正在开发绝对定量方法，应该能大大增加此方法的灵敏度。

该小组还利用他们的蛋白质组数据，建立了细胞表面蛋白“条形码”的图册，他们称之为Sisyphus。这种独特的定量标志物模式有望选择和开发出新的分化标志物。

Wollscheid特别希望用这种方法来确定某些临床上有意义的细胞，比如脑细胞和脑癌细胞。但他认为这种方法同样能解决基本的生物学问题。“我们现在能同时了解细胞表面蛋白，我们还想知道在特定时期蛋白质组是如何变化的，比如药物处理阶段，这就是我们下一步要解决的问题。”（生物通 余亮）

原文摘要：
Wollscheid, B. et al. Mass-spectrometric identification and relative quantification of N-linked cell surface glycoproteins. Nat. Biotechnol. 27, 378–386 (2009).

摘要：
Although the classification of cell types often relies on the identification of cell surface proteins as differentiation markers, flow cytometry requires suitable antibodies and currently permits detection of only up to a dozen differentiation markers in a single measurement. We use multiplexed mass-spectrometric identification of several hundred N-linked glycosylation sites specifically from cell surface–exposed glycoproteins to phenotype cells without antibodies in an unbiased fashion and without a priori knowledge. We apply our cell surface–capturing (CSC) technology, which covalently labels extracellular glycan moieties on live cells, to the detection and relative quantitative comparison of the cell surface N-glycoproteomes of T and B cells, as well as to monitor changes in the abundance of cell surface N-glycoprotein markers during T-cell activation and the controlled differentiation of embryonic stem cells into the neural lineage. A snapshot view of the cell surface N-glycoproteins will enable detection of panels of N-glycoproteins as potential differentiation markers that are currently not accessible by other means.