近日，来自瑞典皇家理工学院的Emma Lundberg团队在Nature杂志发表了题为Spatiotemporal dissection of the cell cycle with single-cell proteogenomics 的文章。作者利用成像蛋白基因组技术（imaging proteogenomic approach），首次系统性在mRNA和蛋白水平上鉴定了细胞周期相关的异质性表达蛋白。

作者利用Imaging proteogenomic approach结合单细胞转录组测序，单细胞蛋白成像和荧光泛素化细胞周期指示剂 (fluorescent ubiquitination-based cell cycle indicator, FUCCI)技术，工作流程如下（见图1）：

图1. 单细胞成像蛋白基因组学工作流程

CDT1和GMNN这两种蛋白在细胞分裂周期中周期性表达和泛素化降解。FUCCI系统分别红色荧光蛋白RFP标记CDT1 ，绿色荧光蛋白GFP标记GMNN。在U2OS细胞中表达FUCCI，可以根据荧光颜色指示细胞周期。红色 (CDT1和RFP) 指示细胞处于G1期。绿色 (GMNN和GFP) 指示细胞处于S和G2期。而当细胞处于G1-S 期时，CDT1和GMNN均表达，因此细胞显示红色和绿色都阳性的黄色。

作者利用CRISPR-cas9技术将荧光mNG标记到内源蛋白，并且用抗体进行鉴定，获得成像蛋白质组学数据。这些数据和单细胞转录组数据用FUCCI的信号做拟时序（pseudotime）分析，从而在单细胞水平上把蛋白和mRNA的表达与细胞周期进行关联。

作者分析了在U2OS细胞中具有异质性表达的1180个蛋白，鉴定出了539个细胞周期相关蛋白，其中有301个蛋白之前未曾发现与细胞周期相关，一些蛋白可能具有癌基因的功能。在细胞周期相关的蛋白中，15%是在转录组水平受调控，而剩下的大部分蛋白可能通过转录后修饰等其他机制调控。细胞周期相关蛋白受控制细胞命运的CMGC家族等激酶调控。而非细胞周期相关的蛋白，主要受代谢相关的激酶调控。

总的来说，Emma Lundberg领导的Cell Atlas是HPA（Human Protein Atlas）工作的一部分，本文工作也把细胞周期相关异质性表达蛋白整合到HPA中，这项工作有助于进一步了解细胞异质性。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03232-9