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无需过氧化氢的活体邻近标记:清华 Hi-APEX 把蛋白和 RNA 放进了同一张地图

    邻近标记领域又添了一个值得认真评估的新工具。清华大学团队在《Nature Chemical Biology》报道了 Hi-APEX 技术:不改造 APEX2 蛋白、不加过氧化氢,仅凭市售可买的四嗪-苯酚探针,就在细胞和活鼠体内实现了蛋白与 RNA 的同步邻近标记。对做亚细胞多组学的课题组来说,这篇工作解决的是 APEX2 家族一个"人人都知道、人人都在忍"的老问题。

image-01-Hi-APEX原理对比

一、传统 APEX2 的痛:标记试剂本身就是干扰源

APEX2 凭纳米级标记半径,长期是亚细胞空间组学的主力工具。但它的启动条件是外源加入过氧化氢——而 H₂O₂ 本身就是强氧化剂。这带来两个层面的问题:

  • 体系干扰:铁死亡、应激颗粒组装、氧化还原信号这些热点方向,研究对象本身就是氧化敏感过程。标记试剂一加进去,细胞的真实状态已经改变,测到的互作网络带着"标记副产物"的嫌疑;

  • 活体禁区:过氧化氢基本无法用于活体动物,绝大多数 APEX2 实验只能局限在培养细胞或离体组织。

二、Hi-APEX 怎么解决:把启动权交给四嗪化学

Hi-APEX 的巧妙之处在于利用逆电子需求 Diels-Alder 反应:四嗪-苯酚探针进入体系后,依靠氧气和四嗪基团完成氧化活化,把生物素"挂"到邻近的蛋白和 RNA 上。整个过程不需要外源 H₂O₂,因此:

  1. 氧化还原平衡不被打乱,铁死亡、应激颗粒等敏感体系的生理状态得以保留——论文中线粒体基质参照体系显示,其标记特异性与传统 APEX2 基本相当;

  1. 反应可随时停止,支持脉冲追踪设计,论文借此观察了蛋白向外分泌的转运过程;

  1. 动物活体标记成为可能——论文实现了活鼠体内亚细胞水平的蛋白与 RNA 同步解析。

两个直接受益的应用案例值得注意:应激颗粒研究中,Hi-APEX 在不施加氧化刺激的前提下解析了生理应激条件下应激颗粒的蛋白与 RNA 全貌,并发现 SPDL1、CEP170 等此前未被充分关注的新组分;铁死亡研究中,团队捕捉到 GPX4 周围的动态互作网络。

三、对课题组的实际影响

  • 实验设计窗口变宽:以前因为"怕氧化干扰"而不敢用邻近标记的课题(氧化应激、铁死亡、红氧稳态),现在可以放心纳入工具箱;

  • 蛋白-RNA 双组学一体化:一次标记同时取回两类数据,省去平行实验的体系对齐工作;

  • 试剂可得性好:四嗪-苯酚探针为市售品,无需自己合成酶融合蛋白以外的特殊试剂——这对快速跟进的方法学跟进者是个友好信号。

需要提醒的是,Hi-APEX 刚发表,追踪、重复与对照体系的社区经验还在积累期,建议先在成熟参照体系(如线粒体基质)做基准实验,再迁移到自己的体系。

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