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在我们的细胞中，磷酸基团分子不断附着在蛋白质上或从蛋白质上脱离。这些“翻译后修饰”改变了蛋白质的功能。

拉霍亚免疫学研究所 ( LJI ) 和全球自身免疫研究所助理教授 Samuel Myers 博士说：“少量的化学‘装饰物’以非常快速的方式从蛋白质中添加或去除，这些修饰改变了蛋白质与其他生物分子的相互作用方式。”

迈尔斯领导着拉霍亚医学院的免疫化学回路实验室，他的团队率先使用质谱法、先进的基因组工程工具和表型筛选来研究在免疫细胞中发挥重要作用的蛋白质修饰。迈尔斯和他的同事最近开发了一种新方法，发表在《自然方法》杂志上，用于快速评估磷酸基团附着在蛋白质上并调节其功能的“磷酸化位点”。

对于研究蛋白质如何在免疫系统中发挥作用的科学家来说，这种方法是一次重大飞跃。“这种方法基本上创造了一种全新的实验世界，人们可以进行这种实验，”迈尔斯补充道。

在这项新研究中，研究人员利用这种方法阐明了在抗病 T 细胞中形成复杂“信号通路”的蛋白质。

“关于这些信号通路，我们还有很多不了解的地方，”LJI 研究技术员 Patrick Kennedy 说道，他是这项新研究的第一作者。“这种新方法为研究人员打开了了解更多知识的大门。”

新方法的工作原理

为了制造蛋白质，细胞会将 DNA “转录”成一种有用的分子，称为 mRNA。然后，细胞“翻译”mRNA 代码来组装蛋白质。然后，蛋白质被修饰，以达到最终的活性形式。在这项新研究中，迈尔斯和他的团队专注于构成触发 T 细胞活化的信号通路的修饰。

T 细胞活化是指 T 细胞做好对抗病原体的准备。“T 细胞活化是许多自身免疫性疾病的关键，而 T 细胞活化问题正是免疫系统无法妥善处理癌症的原因，”迈尔斯说。“因此，我们需要更深入地了解信号传导和 T 细胞活化途径。”

T 细胞在激活过程中协调大量新的翻译后修饰。Myers 和他的同事想知道磷酸基团附着在这些蛋白质上的确切位置。这些修饰如何影响功能?它们会增加还是减少蛋白质功能——对 T 细胞激活有影响吗?

为了找到答案，科学家们利用了一种名为 Cas9 介导的碱基编辑器的基因编辑工具，他们用它对 T 细胞的 DNA 代码进行了非常小的有针对性的调整。这为科学家们提供了一个突变蛋白质库，这些蛋白质不再能以相同的方式进行修改。然后他们促使突变的 T 细胞根据其改变的功能进行组装。

由于 DNA 和 RNA 发生突变，这些新蛋白质缺乏其通常的磷酸化位点。Myers 和他的团队随后测试了新蛋白质的功能是减弱还是增强，或者这些变化是否会导致任何功能差异。

新方法让他们以闪电般的速度找到了答案。“人们通常一次只观察 10 或 20 个磷酸化位点，”迈尔斯说。“但因为我们是质谱实验室，所以我们可以使用这种技术观察所有磷酸化——现在我们可以一次对 10,000 个或更多的磷酸化位点进行这种功能测试。”

科学家们快速分析了大约 11,000 个磷酸化位点。然后他们与 LJI 下一代测序核心合作，对经过编辑的 T 细胞进行分析。他们的分析揭示了磷酸基团如何在细胞准备对抗疾病时指导特定的基因表达反应。

迈尔斯说：“根据我们做出的突变，我们实际上可能能够调整 T 细胞活化途径中不同基因亚群的水平。”

迈尔斯希望，研究人员可以进一步推进基因“调节”，并找出如何激活特定免疫细胞来对抗疾病。例如，科学家可能希望只激活某些 T 细胞亚群来阻止癌症发展。迈尔斯说：“我们能否在治疗癌症的情况下激活 CD8+‘杀手’T 细胞，而不激活通常会抑制免疫系统的调节性 T 细胞?”

Myers 补充说，磷酸基团并不是唯一能改变蛋白质功能的分子。他解释说，新方法可以应用于研究多种类型的翻译后修饰，包括 Myers 称之为“初恋”的修饰 O-GlcNAc。