4月7日，Nature 的 Technology Features 栏目系统回顾了空间蛋白质组学的最新进展，深入讨论了这一领域如何帮助我们理解细胞的结构、动态与疾病机制。
这也是继今年初空间蛋白质组学被 Nature Methods 选为 2024年度技术后，Nature杂志社对空间蛋白组学技术前沿的又一深度剖析。
「 空间蛋白质组学正通过定位蛋白质的作用位置来帮助生物学家揭示细胞的工作机制。」
普通人类细胞中大约包含10,000种不同的蛋白质。每种蛋白质在细胞内可能以几种到数百万种副本的形式存在，蛋白质负责执行各种任务，包括化学转化、细胞间通信和细胞内运输。
为了完成这些至关重要的功能，每种蛋白质都必须与指定的伙伴密切合作，斯坦福大学的生物工程师 Emma Lundberg 说。如果你想了解细胞如何运作，就必须弄清楚哪些蛋白质相互作用——以及它们所在的位置。
为了协调这些众多的活动部分，真核细胞演化出了膜结合的细胞器和其他亚细胞区室，这些结构将蛋白质网络集中在各自受控的环境中，每个环境都有其特定的功能。
通过了解蛋白质的作用位置，研究人员可以推测其功能。“这就像一个人在屋子里：如果你在厨房或者洗衣房，我可以相当准确地猜出你在做什么，” Lundberg说。
但就像人类一样，蛋白质并不局限于一个位置；正如Lundberg等研究者在快速发展的空间蛋白质组学领域中发现的那样，我们超过一半的蛋白质都有多个 “活动场所”。许多蛋白质具有多重功能，根据其所在的位置，可能会承担不同的角色。同样，当蛋白质出现在错误的工作场所时，细胞过程就会出现问题。“这真正表明了 ‘一个基因，一个蛋白质，一个功能’ 的观念是不正确的，” Lundberg说。
随着高分辨率成像技术、质谱分析和机器学习辅助的数据分析的发展，空间蛋白质组学研究人员正以越来越高的细节，在多个尺度上绘制和追踪蛋白质，从亚细胞区室到组织层面。这项工作具有挑战性且数据密集，但其发现已经为细胞生物学、疾病进展以及潜在的治疗策略提供了新的见解。
● 细胞图谱绘制
蛋白质组学之于蛋白质，就如同转录组学之于 RNA。通过统计细胞写给其蛋白质制造机制的RNA信息，转录组学的研究者希望推测细胞在做什么。
然而，给定转录本的表达水平不一定与其对应蛋白质的丰度相匹配。而且细胞经常编辑其转录本，并在翻译后对蛋白质进行修改，以产生不同的变体，称为蛋白质变体（proteoforms）。
此时，蛋白质组学则提供了具体数据，解释基因中的 “零件清单” 如何组装成体内的各种细胞类型。通过将蛋白质丰度与其物理位置对应起来，空间蛋白质组学揭示了这些蛋白质（以及细胞）如何在组织中组织起来。目前有两种基本方法：荧光显微成像和定量质谱。这两种方法互补，两个大型图谱项目展示了结合使用这些方法的强大力量。
