【技术应用】邻近标记技术HaloMap“照亮”细胞内部：揭示应激颗粒的奥秘

在细胞内部，无数分子井然有序地协作，维持生命活动。然而，当细胞面临氧化应激等外界压力时，一些蛋白质和RNA会迅速“抱团”，形成一种无膜细胞器——应激颗粒。它们在压力下保护遗传信息，但压力消失后必须迅速“拆解”。如果这一过程失调，可能与ALS、帕金森病等神经退行性疾病密切相关。

然而，应激颗粒是动态、短暂且无膜的，传统方法难以捕捉其组成和变化。针对这一难题，来自普林斯顿大学的MacMillan团队开发了一种创新的邻近标记技术——HaloMap，并在《Nature Chemical Biology》发表研究，成功揭示了应激颗粒在活细胞中的“拆卸机制”。

01 什么是邻近标记技术？

邻近标记技术是一种能够“标记邻近蛋白”的高精度工具。研究者将一种催化元件（如酶或光催化剂）与目标蛋白融合，当加入特定底物后，催化元件会产生活性分子，标记目标蛋白“周围”的蛋白。这些标记蛋白可被富集并鉴定，从而绘制出“邻近蛋白网络”。

HaloMap的优势在于：

高精度（<4 nm），可区分直接相互作用者；

无需过氧化氢，对细胞更友好；

可精准控制时间，捕捉动态变化；

适用于活细胞，保留真实生理环境。

02 HaloMap如何揭示应激颗粒动态？

研究团队以G3BP1（应激颗粒核心蛋白）为“锚”，在活细胞中构建HaloMap系统。他们首先验证了该系统能准确标记已知的应激颗粒蛋白，并发现RPL4、PUM3、PDIA6等新组分，展示了其高灵敏度。

接着，他们在应激颗粒形成与拆卸的不同时间点进行标记，揭示了一个关键发现：泛素化修饰是驱动颗粒拆卸的关键。泛素化就像给蛋白贴上“拆除标签”，帮助细胞识别并清理这些临时结构。

03 发现关键“拆卸工”：HECT E3泛素连接酶

更深入的分析发现，一类名为HECT E3泛素连接酶的蛋白（如ITCH、NEDD4L）在此过程中扮演核心角色。它们通过添加K63连接的泛素链标记颗粒蛋白，触发后续清除机制。抑制这些连接酶，应激颗粒的拆卸明显延迟。

研究还发现，TOLLIP作为一个“泛素受体”，能识别这些标记并招募自噬机制，帮助细胞彻底清除颗粒。TOLLIP缺失同样导致拆卸延迟。进一步实验证实，自噬通路在应激颗粒拆卸中起关键作用。激活自噬可加速颗粒清除，为神经退行性疾病治疗提供了新思路。

本研究不仅揭示了应激颗粒拆卸的分子机制，更展示了HaloMap技术在活细胞、高精度、动态解析蛋白网络方面的强大能力。未来，该技术有望应用于更多细胞内结构研究，助力理解疾病机制并开发靶向治疗策略。

参考文献

Pan, C., Knutson, S.D., Huth, S.W. et al. μMap proximity labeling in living cells reveals stress granule disassembly mechanisms.Nat Chem Biol(2024).