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title: "方案设计思路：如何利用空间蛋白组探究基因变异对细胞器功能的影响"
author: "omicsolution"
account: "omicsolution"
published_at: "2023-10-12T20:15:50+08:00"
captured_at: "2026-08-26T17:33:52.401607+08:00"
source_url: "https://mp.weixin.qq.com/s/vvc-qr7WRAUZYCr5nspjBA"
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# 方案设计思路：如何利用空间蛋白组探究基因变异对细胞器功能的影响
方案优势：结合了临近生物素化技术、质谱分析、免疫荧光显微镜和生物信息学分析，确保了从多个角度对空间蛋白组进行深入研究。

可以根据实验数据，解释基因突变如何影响细胞器的蛋白质组成和功能，并推测这些变化背后的生物学意义。

![图片 1](images/001.png)

1.目标定义

主要目标：探究特定基因变异如何影响细胞器内部及其与其他细胞器之间的蛋白质相互作用。

2. 选择模型系统

使用经过基因编辑（如CRISPR/Cas9技术）的细胞，生成特定的基因突变型。作为对照，使用相同来源的野生型细胞。

3. 实验设计

a. 代表细胞器的标记物选择：为每一个感兴趣的细胞器选择特定的蛋白质标记物。例如，对于ER，可以选择如SEC12或SEC16A等蛋白质。

b. 邻近生物素化实验：将所选的标记物与APEX2或其他邻近生物素化酶进行融合，在突变型和野生型细胞中过表达这些融合蛋白。激活生物素化反应，以鉴定与标记物邻近的蛋白质。

c. 蛋白质组学分析：提取生物素化的蛋白质，使用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）进行蛋白质鉴定；对蛋白质进行定量分析，比较突变型和野生型细胞中的蛋白质丰度差异。

d. 数据分析与注释：使用专门的蛋白质组学软件（如Spectronaut）对MS数据进行处理。

进行蛋白质丰度的统计分析，找出在突变型中显著改变的蛋白质,使用基因本体（GO）分析，解释这些蛋白质的功能以及它们在细胞器之间的互作网络。

![图片 2](images/002.png)

4 免疫荧光显微镜分析

对选定的一些关键蛋白质进行免疫标记，并使用荧光显微镜观察其在细胞中的分布和定位.比较正常和基因突变细胞中蛋白的空间分布，以揭示基因变异对细胞器结构和功能的影响。

5. 验证实验

对从蛋白质组学数据中获得的关键蛋白质进行验证，可以使用免疫共沉淀、共定位或功能损失实验等方法。

6.可能的后续研究

对影响细胞器功能的关键蛋白质进行深入研究，探索基因突变如何影响细胞的生理与病理过程，寻找可能的药物靶点，用于治疗与基因突变相关的疾病。

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方案参考：Spatial proteomics reveals secretory pathway disturbances caused by neuropathy-associated TECPR2

![图片 3](images/003.png)

空间蛋白组在本文解决的核心内容：

TECPR2的重要性：研究者使用CRISPR/Cas9技术制造了TECPR2突变的293T细胞，这种突变模拟了与HSAN9相关的L440Rfs*19变异。

探索TECPR2对ERES组成的影响：研究者采用基于APEX2的空间邻近生物素化方法。为此，他们制造了七种核心ERES组分与myc标签的APEX2的融合体，并在TECPR2的正常与突变细胞中进行了表达。通过这种方法，他们成功地对邻近的蛋白质进行了生物素化和质谱分析。

数据分析：研究者成功鉴定出3536种蛋白质，并通过筛选得到了1070种蛋白质。功能注释分析揭示了许多与分泌途径相关的条目，证明了该方法的特异性。他们还观察到在TECPR2其状态（正常或突变）影响了蛋白质在细胞内的空间分布模式。

关于ER-Golgi运输的发现：研究者发现在TECPR2突变细胞中，一些已知的ER-Golgi运输蛋白的丰度发生了变化，而全细胞的蛋白组学实验则显示大多数蛋白质的丰度在TECPR2的表达中没有明显改变。

ERES的组装受TECPR2影响：在缺乏全长TECPR2的细胞中，不同的COPII亚基的共定位严重减少，这支持了ERES解体的观点。此外，SEC13与cis-Golgi组分的空间接近性在TECPR2缺失时增加。

新的蛋白质与ERES或ER-Golgi运输的关联：他们还鉴定出一些以前没有与ERES或ER-Golgi运输关联过的蛋白质，在TECPR2突变细胞中，这些蛋白质的空间接近性发生了显著变化。

总结：

本研究揭示了HSAN9-truncated TECPR2对ERES的组装和局部环境的影响。通过采用APEX2基于的空间邻近生物素化方法，研究者能够深入探讨TECPR2对ERES组成的影响。他们的发现表明，ERES的组装和/或维护需要全长的TECPR2，但如果有HSAN9相关的TECPR2变异，则会干扰这一过程。

图例

![图片 4](images/004.png)

a.野生型(TECPR2 WT)和突变型(TECPR2 MUT)293T细胞的免疫印迹结果，目的是验证细胞中TECPR2的表达情况。

b. ERES（早期分泌途径）的邻近生物素化过程,确定某个特定蛋白质的邻近蛋白质。

c.蛋白质组学研究的整体流程:从样本处理到蛋白质检测，

d.火山图显示了在TECPR2 WT和MUT细胞中，由APEX2-ERES检测到的蛋白质的差异表达。显著变化的蛋白质以深色或浅色标出。

e. TECPR2 WT和MUT细胞中至少四种和六种不同诱饵邻近的class I蛋白质的基因本体（GO）术语的富集情况。点的大小与蛋白质数量成正比，点的颜色与术语富集程度相关。

f.左侧面板展示了由APEX2-ERES检测到的已知ER-Golgi转运因子。右侧面板则显示了在TECPR2 WT和MUT细胞中与至少四种和六种不同APEX2-ERES组分邻近的其他候选蛋白质。

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