Localis-REX: a general protocol for time-resolved spatiofunctional profiling in live cells and C. elegans
Localis-REX 是一种通用的、易于使用的协议，它通过使用光触发的局部性反应性亲电代谢物（REM）脉冲，在极低扰动条件下捕获特定靶点以进行蛋白质组图谱绘制或功能读数，从而实现活细胞及秀丽隐杆线虫中内源性反应性亲电代谢物响应蛋白的时空分辨功能分析。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
在每一个活细胞内部，都上演着一场持续且静默的化学剧。被称为反应性代谢物的分子扮演着信使的角色，传递着告诉细胞如何生长、如何对抗感染或如何应对压力的信号。这些信使具有高度反应性；它们寻找特定的蛋白质进行结合，就像钥匙寻找锁一样。当它们结合时，会改变蛋白质的行为，触发维持生物体生存的连锁反应。然而，这些信使也是转瞬即逝且危险的。它们的产量极低，只能存在几秒钟，并迅速被细胞自身的清理机制中和。由于它们消失得如此之快且存在量如此之小，科学家们一直难以捕捉到它们“行事”的过程。他们无法看清这些信使究竟触碰了哪些蛋白质，这种现象发生在细胞内的什么位置，以及当这些特定的化学对话发生时，细胞是如何反应的。缺乏这种视角，生命运作的一个重要部分便一直隐藏在黑暗之中。
一组研究人员现在开发出了一种方法来照亮这个隐藏的世界，使他们能够实时观察生物体内发生的这些化学对话。他们将这种技术称为 Localis-REX。研究人员并没有试图在这些转瞬即逝的信使已经消失后去捕捉它们，而是设置了一个受控的陷阱。他们使用一种特殊的蛋白质标签，将其附着在细胞内或微小蠕虫特定器官的具体位置。然后，他们引入一种无害且处于休眠状态的化学信使版本。当他们用特定的光照射该标签时，它会瞬间唤醒信使，使其就在标签所在的地点释放出来。由于释放过程发生在瞬间且处于极小的区域内，信使便没有时间在找到目标前四处游荡或被清理掉。随后，研究人员就可以精确观察哪些蛋白质抓住了信使，以及细胞因此发生了怎样的变化。
研究人员在两种截然不同的系统中测试了这一方法：在培养皿中生长的人类细胞和微小的圆线虫（C. elegans）。在蠕虫中，他们利用遗传指令将陷阱放置在特定器官中，如咽部的肌肉、肠道或体壁。在人类细胞中，他们将陷阱置于特定的区室内，如细胞核或线粒体。随后，他们引入了休眠的化学信使，这是一种被称为 4-羟基壬烯醛（4-hydroxynonenal）的分子。这种分子在体内自然产生，并以高浓度时具有毒性，但在适量时参与压力反应。通过利用光在陷阱附近释放该分子，研究人员得以模拟自然的压力信号，而不会毒害整个生物体。
他们的发现是：细胞的反应完全取决于信号开始的位置。当信使在蠕虫的一个部位释放时，它会结合一组特定的蛋白质；而当在另一个部位释放时，它则会结合另一组完全不同的蛋白质。这证明了细胞并不会将这些化学信号视为在所有地方同时鸣响的通用警报。相反，这种反应是高度局部化的。某些蛋白质只有在信号出现在其特定邻域时才会做出反应。研究人员还发现，许多捕捉到信使的蛋白质并非科学家此前预期的那些。通过使用一种识别这些蛋白质的方法，他们发现了数百个此前从未被认为与此类化学信号传导有关的新候选蛋白。
为了确保这些发现是真实的而非仅仅是实验的副作用，研究人员通过多种方式验证了他们的工作。他们将发现的蛋白质列表与那些仅仅是在该区域大量存在的蛋白质图谱进行了对比。他们发现，捕捉信使的蛋白质并非仅仅是那些数量最多的常见蛋白质，而是积极寻找信号的特异性响应者。他们还观察了这些蛋白质在从蠕虫到人类等不同物种间的遗传密码，发现捕捉信使的蛋白质部分在数百万年间都保持不变。这表明这些相互作用是生命运作的基础，并通过进化得以保留。
团队还观察了在释放信号后蠕虫的变化情况。他们观察了蠕虫运动、进食和繁殖方式的变化。这些变化证实了该化学信号不仅仅是一个化学上的奇闻异事，而是一个强大的生物行为驱动力。通过将信号的具体位置、其触及的特定蛋白质以及蠕虫身体产生的变化联系起来，研究人员构建了一个局部压力反应的完整图景。
这项工作为研究细胞如何进行通信以及如何应对压力提供了一种新途径。它表明，化学信号的位置与信号本身同样重要。该方法设计得易于上手，研究人员指出，即使是没有蠕虫或细胞培养经验的学生也能学会并执行整个过程。这表明该技术可以被其他科学家广泛采用，以探索各自研究领域中的类似问题。通过提供一个清晰的视角来观察这些化学对话何时以及如何发生，Localis-REX 为理解那些因这些反应性分子堆积而导致损伤的疾病（如神经退行性疾病或心脏病）开辟了大门。研究人员希望，通过绘制这些相互作用的图谱，他们最终能找到干预并保护细胞免受伤害的新方法。
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