文献解读｜AirID：蛋白质相互作用研究的新篇章【收藏】

一、研究背景

蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）是细胞内信号传递、代谢调控和基因表达调控的核心。传统的PPI研究方法如免疫共沉淀（Co-IP）和GST pull-down虽然技术成熟，但对瞬时或弱相互作用的检测能力有限。此外，这些方法通常需要细胞裂解，可能破坏原有的蛋白复合物结构。

详见：技术专题 | 蛋白邻近标记（PL）：蛋白互作研究的新标配【收藏】

近年来，蛋白质邻近标记技术（Proximity Labeling）成为研究PPI的热门工具。通过将标记酶（如BioID或TurboID）与目标蛋白融合，能够在活细胞中对目标蛋白的“邻居”进行特异性标记，从而原位捕捉动态的蛋白相互作用。

二、现有技术的局限性

1. BioID：需要较长的标记时间（>16小时），且高浓度生物素可能对细胞有毒。

2. TurboID：显著提高了标记效率（10分钟内完成），但在高浓度生物素条件下容易引起非特异性标记和细胞毒性。

为了解决这些问题，研究人员开发了AirID，这是一种基于祖先酶重建算法设计的新型标记酶。

 

图1 利用宏基因组数据设计的新型BirA酶的特性研究

 

三、AirID的设计与优化

1. 祖先酶重建

AirID是通过对BirA酶的祖先序列进行计算机设计并结合定点突变优化而得。研究团队从大量基因组数据中筛选出5种候选酶，并最终选择GFVA-RS突变体作为AirID。

 

图2 基于AirID依赖的生物素化在蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）中的应用

2. 性能对比

AirID在特异性和毒性方面表现优异，适合用于长时间实验和活体研究。

特性	BioID[3]	TurboID[2]	AirID[1]
标记效率	较低	最高	高
非特异性标记	较低	较高	最低
毒性	低	高	低
实验时间	>16小时	1小时	3小时

 

四、AirID的应用场景

1. 蛋白质相互作用网络解析

AirID能够在活细胞中原位捕捉目标蛋白的邻近蛋白。例如：

- p53-MDM2相互作用：通过AirID标记，研究人员验证了Nutlin-3（一种小分子抑制剂）对p53-MDM2相互作用的抑制效果。(详见图2)

- CRBN-IKZF1相互作用：AirID成功标记了CRBN的底物IKZF1和SALL4，为药物靶点发现提供了新思路[4] 。

图3 AirID-CRBN在沙利度胺和IMiDs存在的情况下在细胞中对新底物进行生物素化

 

2. 亚细胞定位与动态变化研究

AirID可用于特定细胞器或亚细胞结构的蛋白质分布研究。例如：

- 研究人员利用AirID结合质谱技术（LC-MS/MS），绘制了RelA蛋白在细胞中的动态相互作用网络[1] 。

 

图4 在表达AirID-IkBα的细胞中对生物素化蛋白的质谱分析

 

3. 多蛋白复合物的鉴定

AirID能够捕捉复杂蛋白质复合物中的关键组分。例如：

- 在CRL4 CRBN复合物中，AirID成功标记了CUL4和RBX1，帮助揭示了泛素-蛋白酶体系统（UPS）的调控机制。(详见图2)

4. 药物靶标发现

AirID在药物筛选中的潜力已初步得到验证。例如：

- 使用AirID检测了Pomalidomide（一种免疫调节药物）依赖的CRBN相互作用，为开发新的蛋白降解药物（TPD）提供了支持。(详见图2)

五、技术优势与未来展望

1. AirID技术优势

（1）高精度：AirID能够特异性标记相互作用蛋白，减少非特异性标记。

（2）低毒性：适合长时间实验和活体研究。

（3）经济性：在低浓度生物素条件下即可高效工作。

（4）灵活性：适用于多种实验设计，包括质谱分析和药物筛选。

2. 未来展望

（1）药物靶点鉴定：AirID能够帮助发现新的蛋白相互作用靶点，推动精准药物开发。

（2）疾病机制研究：通过绘制动态蛋白质相互作用网络，揭示疾病相关信号通路的调控机制。

（3）活体蛋白质组学：AirID的低毒性使其在活体实验中具有巨大潜力。

 

六、总结

AirID的问世为蛋白质相互作用研究开辟了新途径。其高效、低毒的特性使其成为生物医学领域的重要工具。未来，AirID有望在药物筛选、疾病研究和蛋白质组学等领域发挥更大作用。

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参考文献

[1] Kido et al. (2020). AirID, a novel proximity biotinylation enzyme, for analysis of protein–protein interactions. eLife, 9:e54983. DOI: [10.7554/eLife.54983](https://doi.org/10.7554/eLife.54983)  

[2] Branon et al. (2018). TurboID enables efficient proximity labeling in living cells and organisms. Nature Biotechnology, 36(9), 880-887.  

[3] Kim et al. (2014). BioID: A proximity-dependent biotinylation method to study protein–protein interactions. Nature Methods, 11(10), 1015-1021.  

[4] Yamanaka, S., Horiuchi, Y., Matsuoka, S. et al. A proximity biotinylation-based approach to identify protein-E3 ligase interactions induced by PROTACs and molecular glues. Nat Commun 13, 183 (2022).