Nature：“暗蛋白质组”中发现了数千种独特的新蛋白

　　

科学家们发现了超过1700种可能与人类疾病（包括癌症）相关的全新蛋白质。这些蛋白质大多体积很小，存在于所谓的“暗蛋白质组”中，该蛋白质组包含此前被忽视的DNA片段的基因产物。这些蛋白质具有独特的性质，促使科学家们创造了一个新概念——肽蛋白，以帮助理解它们潜在的独特生物学特性。为了促进更深入的研究，科学家们正以开源形式与世界各地的科学家分享他们的发现。

DNA中的基因为细胞合成氨基酸链（称为肽）提供了指令。历史上，如果肽足够长且有证据表明其具有生物学功能（例如，在进化过程中不同物种中都存在相同的蛋白质），则称其为蛋白质。一个大型的、经过整理的国际蛋白质数据库包含约19500个蛋白质实体。但越来越多的科学家认为，蛋白质的传统定义需要拓宽。

由玛克西玛公主儿童肿瘤中心、密歇根大学医学院、欧洲分子生物学实验室（EMBL）欧洲生物信息学研究所和系统生物学研究所领导的科学家团队，研究了7200多个此前研究较少的DNA片段，这些片段被称为非经典开放阅读框（ncORF）。他们发现，其中约25%的片段（超过1700个）能够产生可检测的类蛋白分子。这些蛋白质比传统蛋白质小，因此被称为“微蛋白”。

这项新研究于今天发表在著名期刊《自然》上。该研究得到了包括美国国立卫生研究院、美国国家科学基金会、Oncode Accelerator（荷兰国家增长基金项目）和欧盟玛丽·居里计划在内的资助。

在这项新研究中，科学家们分析了37亿条原始数据，这些数据可能支持已知和此前未知的蛋白质——这些数据来自95520项实验，计算机不间断运行约2万小时才完成。他们发现了1785种微蛋白，乍一看，这个数字似乎会使蛋白质数据库增加近10%。

但这1785种微蛋白中的大多数与另外19500种传统蛋白质并不相似。例如，它们非常小：65%的微蛋白长度少于50个氨基酸，而这19500种传统蛋白质中只有不到1%的微蛋白长度少于50个氨基酸。

他们仔细研究了这些微蛋白，发现只有少数几种——或许只有十几种——与传统蛋白质相似。至于其余大部分，他们花了超过一年的时间试图弄清它们的结构和功能。

科学家们与来自全球各地的蛋白质专家组成TransCODE联盟，共同提出了一个新的生物学概念：肽蛋白。几十年来，研究界对人类DNA和人类蛋白质之间的关系一直持二元论观点。一段特定的DNA要么产生蛋白质，要么不产生蛋白质。而在这项新研究中，科学家们提出了第三种选择：DNA可以产生蛋白质、肽蛋白，或者两者都不产生。

研究团队将肽蛋白定义为存在于细胞中的类似蛋白质的分子，这意味着它像蛋白质一样由氨基酸构成。但肽蛋白的作用尚不明确。它或许在正常的人体生物学中发挥作用，或许没有；这与传统蛋白质的关键区别在于，传统蛋白质被认为在正常的人体生物学中都发挥作用，即使其具体功能尚未完全明了。

重要的是，这种对肽素的定义为未来将其定义为“蛋白质”留下了可能性——前提是科学家能够收集到更多相关证据。为了探索这一想法，研究团队寻找了细胞生存所必需的肽素。这些所谓的泛必需肽素可能成为癌症和其他疾病的重要候选药物靶点。

利用大规模CRISPR基因编辑技术，科学家们发现了六种具有应用前景的肽肽。例如，其中一种肽肽是由OLMALINC基因序列产生的，该序列此前被认为不产生蛋白质。当研究人员关闭该基因后，超过485种癌细胞系中有85%的存活率下降。研究人员证实，这种效应源于肽肽本身，而非其所依附的RNA分子，并发现该肽肽在细胞分裂和DNA损伤反应中发挥作用。

新发现的许多肽类物质都呈现在细胞表面，以便被免疫系统识别，这使得它们成为癌症免疫疗法的潜在靶点。许多被呈现在免疫系统面前的此类分子已经作为药物靶点而处于研发阶段，学术界和工业界对利用这一新型癌症抗原的兴趣也在不断增加。肽类物质还可能为那些传统基因分析无法解释的遗传疾病提供新的见解，这是因为基因诊断此前并未意识到这些分子是由人类基因组编码的。

该合作组织的成员此前已发现一种名为 ASNSD1-uORF 的微蛋白质在患有高风险脑癌——髓母细胞瘤的儿童中发挥着重要作用。普鲁辛马西亚中心的科学家们目前正在开展进一步的研究，以确定其在其他由激活的 MYC 癌基因引发的儿童癌症（如神经母细胞瘤）中的作用。

普林西比玛儿童肿瘤研究中心的研究小组负责人Sebastiaan van Heesch博士（他是该研究的共同负责人）表示：

“我们深知目前所掌握的已确认蛋白质的清单并未能全面反映实际情况。通过此次研究，我们发现数以千计被忽视的基因序列共同构成了隐秘的蛋白质组，它们通过生成一种此前未曾被发现的新型蛋白质样分子——微蛋白质，从而为这一组蛋白质增添了新的成员。但对其中大多数分子而言，我们目前尚不清楚它们的具体功能。”

能够就如何处理这类新型分子进行讨论并做出决定，这种感觉真的很特别。因为我们已经收集到了足够的早期证据，足以让我们怀疑这些分子可能在各种细胞类型和组织中普遍存在。通过将这些功能不明的分子归类为“肽素”，我们为它们在参考数据库中提供了正式的位置，以便更广泛的科研群体能够对其进行研究。

随着工业界和学术界对肽蛋白的关注度日益提高，肽蛋白成为了众多药物开发项目的核心。同样地，我们看到它们在疾病领域中也越来越多地扮演着重要角色，包括儿童癌症等疾病。我们希望能够激发对肽蛋白的新一轮研究，并在人类生物学领域解锁新的见解和药物靶点，特别是用于开发细胞免疫疗法和癌症疫苗。

密歇根大学医学院的儿科神经肿瘤学家John Prensner博士是该研究的共同负责人，他说道：

“我们才刚刚开始探索这个‘暗蛋白质组’所蕴含的奥秘。它就像一部电影的预告片。我们看到了一种能够彻底改变人类生物学认知的全新视角的轮廓。我们对未来几年将开启的、有助于攻克和治疗诸如癌症等人类疾病的新大门感到无比兴奋。”

Robert Moritz博士是系统生物学研究所蛋白质组学领域的教授兼负责人，他也是此次研究的共同负责人，他表示：

我们的合作研究是联邦资助机构数十年投入的成果体现，这些投入用于构建了系统生物学研究所所需的计算和数据基础设施，以便以前所未有的规模对蛋白质组进行深入研究。通过将我们久经考验的“转录质谱管道”应用于近 10 万次质谱实验（涵盖 37 亿个光谱）——这些光谱来自全球公开可用的质谱数据，并且结果存放在系统生物学研究所的“肽图谱集”中供科学界查看和共享——我们能够高度确信地确认了超过 1700 种新发现的肽段的存在，否则这些肽段在科学界中基本是不可见的。

“让我最为兴奋的，并非仅仅是这些分子的存在本身，而是它们的存在所蕴含的意义。”

“长期以来，生物学一直依靠一小部分特征明确的蛋白质来解释细胞的调控逻辑，但肽蛋白表明，在这一熟悉的表层之下，还隐藏着一个完全未被开发的分子参与者层，它们在基因调控、信号传递和细胞存活方面所发挥的功能作用，我们目前还只是开始有所了解。考虑到它们较小的尺寸以及它们在细胞不同环境中的出现多样性，我认为肽蛋白可能会成为我们在人类生物学中迄今遇到的最灵活和最重要的调控分子之一。这并非搜索的终点——而是整个科学界一个广阔且充满潜力的新领域的开端，供我们所有人去探索和利用。我期待看到更广泛的科学界在这些分子（以及许多尚未得到证实的分子）被揭示出来时所取得的成果。”