亚细胞结构内蛋白质相互作用的质谱分析方法研究及其在探索肿瘤转移机制中的应用

Proteins exert their biological activities through interacting with other proteins. To explore protein-protein interactions is essential to understand the biological functions of proteins and the underlying molecular mechanism. Immunoprecipitation coupled with mass spectrometry analysis (IP-MS) is one of the most widely used techniques to probe protein-protein interactions. However, it is still challenging to eliminate false positives and to identify authentic interacting proteins. In this project, subcellular fractionation, chemical crosslinking and stable isotopic labeling will be employed to establish a mass spectrometric strategy in order to study the protein-protein interactions in subcellular domains. Such method could avoid the artificial protein interactions induced by cell disruption when using a conventional IP protocol. In addition, it can retrieve cellular localization information in a high throughput manner, which is helpful to understand the biological implications of certain protein-protein interactions. In our previous study, a novel cancer metastasis regulatory molecule C1QBP was discovered using mass spectrometric analysis and molecular biology assays. Here we will employ this method to study the dynamic C1QBP interacting network involved with tumor cell chemotaxis, a key cellular process regulating cancer metastasis. This study will further reveal the molecular mechanism of tumor chemotaxis and metastasis.

蛋白质相互作用是蛋白分子发挥生物活性的基础，探索蛋白质相互作用是解析蛋白生理功能及其相关分子机制的最重要的实验手段。免疫沉淀结合质谱分析（IP-MS）是应用最为广泛的蛋白质相互作用测定方法之一。然而，如何保证IP-MS实验结果的准确性，鉴定到正确的、有生物学意义的相互作用蛋白却仍然存在挑战。在本项目中，我们将结合细胞器分离、化学交联、稳定同位素标记等技术建立和优化亚细胞结构内蛋白质相互作用的质谱分析方法。该方法将避免传统IP实验中破坏细胞结构而引入的假阳性蛋白相互作用，提高实验结果的准确性，而且可以高通量的获取蛋白相互作用的细胞定位信息，对其生物学意义提供重要提示。本项目将以此为基础探索新发现的肿瘤转移调控因子C1QBP相互作用蛋白网络在趋化运动过程中空间和时间两个维度上的动态变化。这将为进一步了解C1QBP调控肿瘤转移的分子机理，加深对肿瘤细胞趋化运动和癌转移的认识提供重要基础。

蛋白质相互作用是蛋白分子发挥生物活性的基础，探索蛋白质相互作用是解析蛋白生理功能及其相关分子机制的最重要的实验手段。免疫沉淀结合质谱分析（IP-MS）是应用最为广泛的蛋白质相互作用测定方法之一。然而，如何保证IP-MS实验结果的准确性，鉴定到正确的、有生物学意义的相互作用蛋白却仍然存在挑战。在本项目中，我们结合细胞器分离、化学交联、质谱分析等技术建立和优化亚细胞结构内蛋白质相互作用的质谱分析方法。该方法可避免传统IP实验中破坏细胞结构而引入的假阳性蛋白相互作用，提高实验结果的准确性，而且可以高通量的获取蛋白相互作用的细胞定位信息，对其生物学意义提供重要提示。我们以此为基础探索了新发现的肿瘤转移调控因子C1QBP在细胞器内的相互作用蛋白网络，我们通过研究发现C1QBP在线粒体中与丙酮酸脱氢酶亚基DLAT存在相互作用，进一步实验结果提示C1QBP在线粒体中通过结合DLAT调节细胞能量代谢，揭示了C1QBP调控肿瘤细胞生理过程的新机制。与此同时，本课题还围绕C1QBP及其相互作用蛋白原癌基因YBX1展开深入探索，并发现了C1QBP抑制YBX1进入细胞核发挥其促癌活性的功能，临床样本分析则提示C1QBP与YBX1分别与肾癌的预后相关，可作为其预后判断的独立指证。以上发现为进一步了解C1QBP调控肿瘤发展的功能与分子机理提供了新的信息。综上所述，本课题建立了研究亚细胞结构内蛋白质相互作用的质谱分析方法，并在方法开发的基础上对C1QBP及其相互作用蛋白在肿瘤调控中的功能展开了深入探讨，取得的研究结果为加深对肿瘤发生发展的认识提供了重要理论基础。