金沙威尼斯欢乐娱人城广州生物医药与健康研究院研究团队揭示了分选转运蛋白SNX25通过氧化还原依赖的方式调控内涵体GPCR-G蛋白信号转导的分子机制。相关研究以“Redox-Modulated SNX25 as a Novel Regulator of GPCR-G Protein Signaling from Endosomes”为题在线发表于氧化还原领域权威期刊Redox Biology.金沙威尼斯欢乐娱人城广州生物医药与健康研究院研究团队揭示了分选转运蛋白SNX25通过氧化还原依赖的方式调控内涵体GPCR-G蛋白信号转导的分子机制。相关研究以“Redox-Modulated SNX25 as a Novel Regulator of GPCR-G Protein Signaling from Endosomes”为题在线发表于氧化还原领域权威期刊Redox Biology.最近十几年来，越来越多的研究表明，GPCR与G蛋白偶联的信号转导不仅可以发生在细胞质膜上，也可以发生在细胞内的内涵体上。内涵体上GPCR-G信号转导与癌症、骨骼发育、神经兴奋和糖尿病等生理和病理过程密切相关。RGS蛋白(G蛋白信号转导调节因子)能激活Gα亚基的GTP水解酶活性，促进Gα亚基的失活，从而终止G蛋白信号转导。 RGS蛋白对质膜上GPCR-G蛋白信号转导的调控作用被广泛报道。但内涵体上GPCR-G蛋白信号转导的调控机制，尤其是内涵体上G蛋白信号终止的分子机制，仍有待进一步研究。研究团队利用免疫沉淀-质谱联用技术和荧光共定位等实验方法，发现SNX25的PX结构域能结合一些经典的RGS蛋白，包括RGS2、RGS4、RGS8和RGS17。通过结构生物学和细胞生物学实验，研究团队发现SNX25与RGS蛋白的相互作用主要依赖SNX25-PX结构域中C566与RGS蛋白N端半胱氨酸形成的分子间二硫键，且该相互作用受氧化还原的调控。通过荧光共定位实验，团队进一步发现PXA和PXC结构域可以介导SNX25靶向内涵体。通过招募经典RGS蛋白到内涵体，SNX25可以促进内涵体上Gαi/q蛋白的失活，最终抑制内涵体上GPCR-Gi/q偶联的信号转导（图1）。此外，团队还发现SNX25/RGS复合物不仅可以结合激活型Gi/q (GTP结合态)，也可以结合失活型Gi/q (GDP结合态)。通过将失活型Gi/q 募集到内涵体上， SNX25/RGS蛋白复合物还可以抑制质膜上GPCR- Gi/q信号转导。广州健康院博士后张玉龙和硕士研究生余致君为共同第一作者，徐进新研究员和刘劲松客座研究员为共同通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金面上项目和呼吸疾病全国重点实验室自主课题等项目的支持。论文链接图1 SNX25调控GPCR-G蛋白信号转导的分子机制
6月21日，科学家在国际著名学术期刊Chemical Reviews联合在线发表综述文章“Revisiting solar energy flow in nanomaterial-microorganism hybrid systems”。文章从系统层面论述了纳米材料-微生物杂合体系捕获太阳能并转化为化学能的过程与机理，对该体系相关研究的重要进展和面临的挑战进行了分析与总结，对未来发展方向和潜在应用领域进行了思考与展望。6月21日，金沙威尼斯欢乐娱人城深圳先进技术研究院合成生物学研究所材料合成生物学研究中心（以下简称“深圳先进院合成所材料中心”）王博团队、高翔团队和钟超团队在国际著名学术期刊Chemical Reviews联合在线发表综述文章“Revisiting solar energy flow in nanomaterial-microorganism hybrid systems”。文章从系统层面论述了纳米材料-微生物杂合体系捕获太阳能并转化为化学能的过程与机理，对该体系相关研究的重要进展和面临的挑战进行了分析与总结，对未来发展方向和潜在应用领域进行了思考与展望。文章上线截图王博团队此前曾发表综述对半人工光合领域进展进行了回顾与展望（Energy Environ. Sci. 2022,15,529-549.)，本篇文章针对该领域进行了更深层次认识、思考与总结。当今社会对于对可持续发展的需求正在不断提升。半人工光合系统是近年来出现的多样化利用太阳光能的策略之一。该系统兼具自然与人工光合系统的优势（图1），在清洁能源生产、碳减排、绿色化学品生产等领域具有不可忽视的潜在价值。相比之下，基于半导体纳米材料-微生物活细胞杂合体系（Nanomaterial-microbial hybrid system,NMHS）构建的半人工光合系统最具发展潜力。图1. 自然光合作用、半人工光合作用和人工光合作用的主要特征以及各自优势。虽然相关研究进展迅速，绝大多数NMHS成功实例都因为能量转换效率欠佳而无法投入实际应用。造成这一现象的主要原因是对NMHS复杂且瞬态的内在能量流动过程缺乏系统性了解与分析，从而难以着手进行系统设计与优化。在这篇综述中，研究团队通过梳理NMHS内部能量流动过程（光能捕获-跨膜能量传递-能量转化），针对当前研究面临的挑战并提出合理的优化方案。在光能捕获阶段，半导体纳米材料吸收光子能量激发光电子。光电子被微生物细胞直接或间接用于驱动化学品生产。纳米材料的能带结构决定了材料的捕光范围和光电子的催化活性（图2）。对于这一阶段的优化策略应综合考虑光照条件和材料的生物安全性，对包括调节材料能带结构以优化捕光范围和催化活性，强化材料和细胞的光耐受水平以适应更高的光强，以及优化纳米材料的生物安全性以降低其对微生物的损害。在跨膜能量传递阶段，纳米材料捕获的光能需要跨越细胞膜进入胞内驱动代谢反应。该阶段优化工作应充分关注材料与细胞的结合方式（胞外悬浮、表面贴附、进入胞内）和能量跨膜传递模式（电子直接传递、借助电子介体或氢气等）。优化策略包括构建人工传递途径实现高效能量跨膜，强化材料和细胞的结合程度（贴附或胞内富集），缓解胞内材料对微生物活性的影响，以及构建胞内材料和目标酶之间的特异性亲和力。在能量转化阶段，微生物细胞通过酶催化将光能转换并储存为产物分子的化学键能。驱动关键代谢途径的目标酶可以从辅因子（NAD(P)H或ATP）、纳米材料或载体获取能量。该阶段的优化策略应着眼于降低能量耗散，包括强化微生物对辅因子的利用效率，强化整微生物对特异性载体（比如H2和甲酸）的代谢活性，以及构建材料和目标酶之间的高特异性能量传递与转化途径。图2. 典型NMHS当中半导体纳米材料的能带结构。研究团队还从系统性角度分析了当前NMHS所面临的挑战并提出了相应的应对方案，包括利用现代仪器分析技术、合成生物学、高通量与自动化、机器学习和人工智能等最新技术实现从机理解析、系统设计、实验操作到数据分析的全流程高效运行（图3）。图3. 系统性优化NMHS当中能量流动的策略。NMHS有潜力成为太阳能驱动生产化学品的清洁平台，这对于推动能源结构转型和实现人类社会可持续发展至关重要。通过本篇综述，研究团队回顾了该领域最新的研究进展，明确了NMHS后续发展所面临的挑战，提出了系统级别的解决方案和优化策略。以合成生物学技术为代表的现代科技手段可以在提高产品价值、丰富产物多样性和优化微生物生产效率等关键环节赋能NMHS，从而有效推动系统的持续迭代进化。一套具有实际应用价值的NMHS需要有机整合并充分协调所有有利因素，而高效能量流动的成功实现是NMHS能从实验室迈向工业生产的基石。深圳先进院合成所材料中心研究员钟超、副研究员王博、副研究员高翔，以及助理研究员曾翠平为本文的共同通讯作者。深圳先进院合成所材料中心助理研究员梁俊，香港中文大学化学系博士肖可蒙，深圳先进院合成所材料中心副研究员王新宇为共同第一作者。深圳先进院合成所材料中心助理研究员侯天凤对本文撰写也做出重要贡献。本工作获得了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、深圳市材料合成生物学重点实验室、广东省基础与应用基础研究基金、深圳市自然科学基金、深圳合成生物学创新研究院等项目的经费支持。<!--!doctype-->
靶向蛋白质降解技术在生物医学领域具有巨大潜力，尤其是在治疗肿瘤和其他蛋白质相关疾病方面。利用分子胶和PROTAC技术降解细胞内蛋白的研究处于领先地位，而通过溶酶体途径降解膜蛋白和胞外蛋白及其它大分子的研究仍处于临床前阶段。可利用靶点的匮乏极大地限制了技术的进步，因此探索新的、潜在有效的溶酶体靶向降解策略至关重要。靶向蛋白质降解技术在生物医学领域具有巨大潜力，尤其是在治疗肿瘤和其他蛋白质相关疾病方面。利用分子胶和PROTAC技术降解细胞内蛋白的研究处于领先地位，而通过溶酶体途径降解膜蛋白和胞外蛋白及其它大分子的研究仍处于临床前阶段。可利用靶点的匮乏极大地限制了技术的进步，因此探索新的、潜在有效的溶酶体靶向降解策略至关重要。6月20日，金沙威尼斯欢乐娱人城深圳先进技术研究院医药所耿晋团队在Journal of the American Chemical Society上发表了题为“Lysosome Targeting Chimaeras for Glut1-Facilitated Targeted Protein Degradation”的研究成果。这项工作创新性地利用葡萄糖转运蛋白Glut1作为溶酶体靶向受体，设计了Glut1促进溶酶体降解（GFLD）策略。通过可逆加成-断裂链转移（RAFT）聚合制备了潜在的Glut1配体，并通过生物正交反应合成了抗体-糖寡聚物共轭物，将其作为溶酶体靶向蛋白降解分子，用于治疗PD-L1高表达的三阴性乳腺癌。本研究证明了葡萄糖转运体Glut1作为一种溶酶体靶向受体，在生物医学领域有着更广泛应用的潜力。文章上线截图鉴于糖转运蛋白对采用吡喃糖环椅构型的戊糖和己糖的D-立体异构体（如D-葡萄糖、D-半乳糖）具有很强的特异性，研究团队选择以D-葡萄糖和D-半乳糖为基础制备了带丙烯酰胺的糖单体，并进一步通过可逆加成断裂链转移（RAFT）聚合制备了五种含糖寡聚物。五种寡聚物随后被作为候选的葡萄糖转运蛋白Glut1配体进行了体外实验，包括用Glut1蛋白和五种糖链进行分子对接与计算模拟、结合亲和力测试，并通过细胞实验筛选出细胞摄取量高的配体来合成溶酶体靶向嵌合体分子。图1. 有潜力的Glut1配体的表征由于人源三阴性型乳腺癌细胞系MDA-MB-231和MCF-7具有Glut1高表达的特点，因此本研究以之为细胞模型开展体外实验。体外筛选分为三个部分，先通过细胞流式实验比较细胞对五种候选配体的摄取情况，结果表明Gal6，Gal4Glc2和Glc6这三种糖寡聚物的内化程度较高，通过激光扫描共聚焦显微镜观察上述三种配体与溶酶体的共定位情况，发现摄取量高的三种糖寡聚物内化进入细胞后与溶酶体的共定位程度也较高。鉴于这一结果推测这三种糖寡聚物的内化途径与溶酶体相关，因此团队进一步通过细胞流式实验探究配体的摄取途径，证明了糖寡聚物在细胞中的摄取是通过溶酶体途径且与Glut1相关。综合上述细胞实验结果，研究团队筛选出了有潜力的Glut1配体Gal6，Gal4Glc2和Glc6进行下一步的溶酶体靶向嵌合体分子合成。图2. 在MDA-MB-231细胞系中筛选Glut1配体研究团队以MDA-MB-231细胞系高表达的免疫检查点PD-L1为目标蛋白，选取内化有限的PD-L1抗体Avelumab进行Ave-糖寡聚物共轭物分子的合成。通过三个经典的正交反应将筛选出的有潜力的Glut1配体Gal6、Gal4Glc2和Gal6分别连接到抗体Avelumab上，得到三种有潜力的溶酶体靶向嵌合体分子。通过CCK8检测法评估了三种Ave-糖寡聚物共轭物分子对MDA-MB-231细胞的毒性作用，确保细胞中PD-L1的减少并非由于Ave-糖缀合物分子的细胞毒性引起。随后通过免疫印迹法和免疫荧光检测验证了三种Ave-糖缀合物都是有潜力的能适度降解PD-L1的蛋白降解剂，其中Ave-Gal6的降解效果最佳。图3. Ave-糖寡聚物共轭物的蛋白质降解活性具有浓度依赖性此外，免疫印迹检测的结果显示PD-L1和Glut1的蛋白表达量随处理时间的延长具有一致的变化趋势，对此研究团队认为在逆转运复合体的作用下，Glut1有从溶酶体逃逸并返回细胞膜表面的行为，进而引发PD-L1-Ave-糖寡聚物-Glut1复合物也被带回到膜上，导致PD-L1蛋白的降解效果尚有提升空间。团队进一步探讨了Ave-糖缀合物降解 PD-L1蛋白的降解机制是否与糖寡聚物内化进入细胞的途径相关，免疫印迹实验结果显示Ave-糖寡聚物共轭物分子降解PD-L1蛋白是通过溶酶体途径介导，并且揭示了Glut1在此策略中扮演了重要角色，相信葡萄糖转运蛋白Glut1将在未来的靶向蛋白降解技术中得到更广泛的应用。图4. Ave-糖寡聚物共轭物靶向蛋白降解效率随时间的变化情况及其降解机制综上所述，本研究成功开发了基于溶酶体靶向嵌合体技术的蛋白质降解剂，为肿瘤治疗提供了新的治疗思路，并成功验证了葡萄糖转运蛋白Glut1是一种适用于蛋白质降解技术的溶酶体靶向受体，创新性地提出了Glut1促进溶酶体途径的蛋白降解（GFLD）策略，用于靶向降解膜蛋白，为蛋白质降解技术的发展铺平了道路。目前，很多蛋白结合力好但内化效果欠佳的抗体无法充分发挥价值，利用Glut1促进溶酶体途径的蛋白降解策略有望在不久的将来改善这些抗体的内化效果，预计这将大大推进抗体偶联药物的开发进程，拓展抗体在医学领域的应用场景，并提高临床转化率。金沙威尼斯欢乐娱人城深圳先进技术研究院耿晋研究员为本文的通讯作者，硕士研究生罗锦妍和高权博士为文章共同第一作者。该研究获得了国家自然科学基金、广东省自然科学基金、金沙威尼斯欢乐娱人城国际合作项目的支持。<!--!doctype-->
2024年6月18日，金沙威尼斯欢乐娱人城广州生物医药与健康研究院唐士兵研究员与浙江大学杨兵研究员、北京航空航天大学刘超副教授团队合作，报道了一种新型氟磺酸类可富集化学交联的非天然氨基酸并在活细胞中研究蛋白质相互作用。2024年6月18日，金沙威尼斯欢乐娱人城广州生物医药与健康研究院唐士兵研究员与浙江大学杨兵研究员、北京航空航天大学刘超副教授团队合作，报道了一种新型氟磺酸类可富集化学交联的非天然氨基酸并在活细胞中研究蛋白质相互作用。相关成果以“Characterize direct protein interactions with enrichable,cleavable and latent bioreactive unnatural amino acids”为题发表在学术期刊Nature Communications。蛋白质-蛋白质相互作用鉴定是蛋白质功能研究的重要步骤，在活细胞中原位鉴定相互作用蛋白对于生物医药研究具有重要意义。基于邻近触发反应（proximity-enabled reactivity）的化学交联非天然氨基酸可以捕获弱作用力和瞬时蛋白质相互作用，已被开发用于原位鉴定活细胞中的蛋白质相互作用。基于质谱的交联肽段解析能够提高互作蛋白鉴定的特异性、确定蛋白相互作用界面。然而，由于蛋白质样品和质谱数据解析过程的复杂性，对蛋白质化学交联后的交联产物进行高通量鉴定具有挑战性。在蛋白质样品进行质谱分析前，对交联肽段进行富集是提高鉴定效率的有效策略。在本研究中，研究人员开发了一种基于化学基团氟磺酸的化学交联非天然氨基酸，即可富集的氟磺酸-L-酪氨酸（enrichable fluorosulfate-L-tyrosine,eFSY）。利用密码子扩展技术可以在蛋白质中特定位置插入具有潜在生物反应性的非天然氨基酸eFSY，eFSY中氟磺酸通过基于邻近触发反应诱导的硫-氟交换 (SuFEx) 点击反应与相互作用蛋白中的酪氨酸、组氨酸或赖氨酸发生共价交联。eFSY携带的炔基基团可以通过铜催化叠氮化物-炔环加成(CuAAC)点击化学反应链接生物素，随后就能实现交联肽段的富集，从而提升鉴定交联肽段的效率。此外，该研究发现氟磺酸基团介导的交联产物在质谱中的混合性碎裂规律，其与组氨酸及赖氨酸交联产生的磺酸酰胺键会在质谱中发生断裂，与酪氨酸交联后形成的磺酸酰胺键却不会断裂。为更好地应用该规律，该研究进一步开发了交联鉴定软件AixUaa。AixUaa可同时兼容并区分碎裂与不可碎裂两种模式，实现了交联肽段及位点的精确匹配，提升了交联肽段的鉴定数量。应用此流程，研究人员分别在大肠杆菌及哺乳动物活细胞中系统性地鉴定了硫氧还蛋白 1 （Trx1） 和硒蛋白 M （SELM）的直接相互作用蛋白组，验证了该方法的有效性。总的来说，本研究开发的基于氟磺酸基团的可富集化学交联非天然氨基酸eFSY及交联鉴定软件AixUaa显著提升了在活细胞中鉴定相互作用蛋白中化学交联肽段的效率，克服了以往化学交联剂在鉴定蛋白质相互作用蛋白组的一些不足，有望应用于更广泛的蛋白质相互作用研究。刘丹丹、丁文龙、程劲韬、韦秋实为本论文的共同第一作者，杨兵、唐士兵和刘超为共同通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金、国家重点研发计划、浙江省自然科学基金和广州健康院自主部署基础研究项目等项目的资助。论文链接图1 新型含氟磺酸基团的可富集化学交联剂eFSY研究蛋白质相互作用时，鉴定交联肽段的流程图（a），交联肽段的碎裂规律（b）和交联鉴定软件AixUaa的开发流程（c）
