BioID/TurboID/APEX2邻近标记PL-MS:从实验室到应用场的全景图鉴

经过前面四篇的探险,我们见证了 PL-MS 技术的完整进化史:Kyle Roux 的 BioID 打破传统技术桎梏,到 Alice Ting 的 APEX 实现速度突破,再到 Tess Branon 的 TurboID 攻克 “不可能三角”,最后到突触间隙的空间精准标记。

如今,PL-MS 技术已从实验室里的 “小众创新”,变成了生命科学研究中的 “通用工具”。面对BioID、TurboID、APEX2 等众多技术,该如何选择?它又能在哪些前沿领域发光发热?这一篇,我们将为你呈现 PL-MS 技术的全景图谱,从选型指南到前沿应用,再到未来展望,带你读懂这项技术的真正价值。


第一幕:选型指南 —— 按需挑选你的 “分子工具”

面对眼花缭乱的技术名词,不用再纠结!这份核心参数对比表,帮你快速锁定适合自己的工具:

特殊需求的“定制款”技术

除了主流款,这些进阶变体可满足特殊实验需求:

▶ Split-BioID/Split-TurboID:检测蛋白质相互作用的 “双重保险”,只有两个融合蛋白接触时,酶才会激活;

BASU (RaPID):专门用于 RNA - 蛋白质相互作用研究,信噪比极高;

AirID:优化版 BioID,速度更快,稳定性更优。


第二幕:实验避坑 —— 这些 “雷区” 要避开

对于科研人来说,实验成功的关键不仅在于技术选择,更在于避开那些隐藏的“坑”:

对照组是灵魂:绝对不能只做实验组,必须包含阴性对照(仅表达标记酶)和空间参照(同定位的标记酶对照),排除背景干扰;

生物素的“饥饿游戏”:TurboID 活性太强,可能耗尽细胞内源生物素,需在培养基或饲料中补充;

质谱数据“大扫除”:利用 CRAPome 数据库,过滤角蛋白、热休克蛋白等常见污染蛋白,让结果更可靠。


第三幕:前沿应用 —— PL-MS 的跨界之旅

PL-MS 技术早已不止于“画蛋白图谱”,它正在被创造性地应用于各种前沿领域,成为科研人的“万能工具”:

追踪新冠病毒的入侵路径

COVID-19 疫情期间,科学家迅速构建 ACE2-TurboID 细胞系。当 SARS-CoV-2 假病毒侵染细胞时,细胞膜表面的 ACE2 受体附近蛋白被瞬间标记。借助这项技术,研究者在数周内就解析了病毒入侵早期的宿主互作网络,发现多个潜在药物靶点,为抗疫赢得了宝贵时间。

揭秘细菌与宿主的 “拉锯战”

在兽医学研究中,科学家将 TurboID 融合到副猪嗜血杆菌的外膜蛋白 OmpP2 上。当细菌感染猪肺泡巨噬细胞时,TurboID 给接触到的宿主蛋白打上标签。这种“跨物种”标记,直接捕捉到病原体与宿主细胞膜受体的 “第一次握手”,为理解感染机制提供了直接证据。

捕捉脆弱的无膜细胞器


细胞内的应激颗粒、脂滴等无膜结构极其脆弱,离心操作就会导致融合或解体。APEX2 和 TurboID 在此大显身手:将 APEX2 靶向脂滴表面,科学家成功绘制出脂滴的蛋白质组,揭示了脂代谢调控的新机制。


第四幕:未来展望 —— 纳秒级与细胞间的新探索

站在 2025 年回望,PL-MS 技术的进化从未停止。未来,它将向两个方向突破:

光控标记:纳秒级的精准调控

最新研究正在开发光催化邻近标记技术,利用光敏剂在蓝光照射下产生自由基。这种技术能通过光照精确控制标记的时间和空间—— 只有光照区域、光照的那几毫秒才会发生标记,未来有望实现活体脑中神经回路动态连接图的绘制。

细胞间通讯:捕捉 “接触瞬间”

EXCELL 技术(酶介导的邻近细胞标记)能标记两个细胞接触面上的蛋白,为研究免疫突触、神经突触等细胞间通讯场景提供了全新方法,有望揭示肿瘤免疫、神经发育等领域的未知机制。


结语:科学精神的传承与致敬

从 2012 年 BioID 的诞生,到 APEX 的速度突破,再到 TurboID 的全能进化,最后到突触间隙的空间精准标记,PL-MS 技术的十年历程,是一场关于创新、坚持与跨界的科学探险。

我们看到 Kyle Roux 的逆向思维,将 “缺陷” 变成 “工具”;看到 Alice Ting 的跨学科视野,用化学思维重塑生物学工具;看到 Tess Branon 的坚韧不拔,用 29 轮筛选换来了技术突破。这些科学家用智慧和汗水,为我们打造了一把解开生命微观谜题的钥匙。

如今,这把钥匙正交到更多科研人手中。愿你在实验台前,既能像 TurboID 一样高效,像 APEX 一样精准,更能像所有探索者一样,永远对未知充满好奇,在科学的道路上不断前行。PL-MS 技术的故事还在继续,而你的科研故事,才刚刚开始。


参考资料

1. Wang B, Yang F, Wang W, Zhao F, Sun X. TurboID-mediated proximity labeling technologies to identify virus co-receptors. Front Cell Infect Microbiol. 2024;14:1371837. Published 2024 Jun 27. doi:10.3389/fcimb.2024.1371837

2. Jiang C, Ma N, Cao H, et al. TurboID Screening of the OmpP2 Protein Reveals Host Proteins Involved in Recognition and Phagocytosis of Glaesserella parasuis by iPAM Cells. Microbiol Spectr. 2022;10(5):e0230722. doi:10.1128/spectrum.02307-22

3. Bersuker K, Peterson CWH, To M, et al. A Proximity Labeling Strategy Provides Insights into the Composition and Dynamics of Lipid Droplet Proteomes. Dev Cell. 2018;44(1):97-112.e7. doi:10.1016/j.devcel.2017.11.020

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