局部蛋白质翻译发生在众多细胞亚结构区室中，并通过根据亚细胞需求快速改变蛋白组成，从而调控多种生物学过程。现有用于检测亚细胞局部翻译的实验方法要么需要物理分离，但容易受到污染并造成样本损失；要么依赖成像读出，但通常存在通量较低的问题。
2026年5月20日，北京大学邹鹏，陈鹏和罗惠鑫共同通讯在PNAS在线发表题为OptoRibo-seq for spatiotemporally resolved mapping of the local protein translatome的研究论文。该研究报道了optoRibo-seq方法的开发，该方法具有在遗传学特异性亚细胞定位中，通过光激活酶介导的核糖体邻近标记的特点。
作者证明了optoRibo-seq在内质网（ER）膜上的空间特异性，其时间分辨率可达1分钟。在化学诱导内质网应激的细胞中，optoRibo-seq能够绘制ER邻近翻译组的动态变化，识别出参与蛋白折叠与靶向的转录本。作者的策略为亚细胞蛋白翻译的时空分辨解析提供了一个通用平台。
在真核细胞中，蛋白质的亚细胞定位通常对其生物学功能至关重要。虽然许多蛋白通过翻译后靶向机制被运输到特定位置，但蛋白定位也可以通过局部蛋白翻译实现，这一过程在多种生物学活动中发挥关键作用，例如细胞迁移、分化以及突触可塑性。
局部蛋白翻译在内质网膜（ERM）尤为显著，其中核糖体-mRNA复合物附着在该区域，合成用于分泌或嵌入质膜的蛋白质。在神经元突触中，局部蛋白合成可以绕过RNA转录过程，从而快速调整蛋白组成以满足特定亚细胞需求。局部翻译的失调已被证实与多种神经退行性疾病相关，包括阿尔茨海默病和肌萎缩侧索硬化症。
研究局部蛋白翻译的传统方法主要依赖成像技术，例如SINAPs和Puro-PLA。尽管这些基于荧光成像的方法在核糖体结合mRNA的亚细胞定位方面具有较高空间分辨率，但其通量通常较低。近期发展的RIBOmap在多重检测方面有所提升，但该方法需要复杂的原位测序平台。
此外，所有成像类技术都需要预先掌握RNA序列信息，以设计互补寡核苷酸。另一类方法是通过细胞特异性（如TRAP）或亚细胞特异性核糖体分离（如显微解剖），结合测序技术（如核糖体测序）来分析核糖体结合的mRNA。然而，这些物理分离方法容易引入污染、造成样本损失，并且不适用于对任意指定亚细胞结构进行普适性的转录翻译组分析。
图1.采用经工程改造的光活化生物素连接酶photoBirA进行OptoRibo-seq分析（摘自PNAS）
邻近标记技术为解析特定亚细胞区域的分子组成提供了一种高精度方法。例如，邻近特异性核糖体谱利用定位于特定亚细胞区域的细菌生物素连接酶BirA，对携带受体肽（AP）标签的核糖体进行标记。然而，要实现高空间分辨率的亚细胞翻译组分析，需要对生物素化过程进行严格的时间控制，以限制核糖体扩散。
在早期邻近标记核糖体谱研究中，生物素化是通过将细胞置于生物素缺乏培养基后再添加生物素触发的。但由于生物素对哺乳动物细胞至关重要，这种饥饿处理可能诱发细胞应激，从而影响数据解释。近期，Weissman等开发了LOCL-TL方法，利用光敏LOV结构域调控BirA活性，实现了线粒体外膜（OMM）区域局部翻译组的识别。
本研究中，作者开发了一种光激活邻近核糖体测序技术（optoRibo-seq），采用光去笼（photodecaging）策略。在该方法中，通过将大肠杆菌生物素连接酶（BirA）的关键催化位点替换为光笼化非天然氨基酸Nε-[(1-(6-硝基苯并[d][1,3]二氧杂环戊-5-基)乙氧基)羰基]-L-赖氨酸（ONPK），从而在初始状态下阻断酶介导的邻近生物素化。
经365 nm紫外光照射后，o-硝基苄保护基被移除，使核糖体生物素化在1分钟内迅速启动。随后通过单核糖体分离和亲和纯化提取RNA片段并进行高通量测序分析。作者将optoRibo-seq应用于人胚肾293T（HEK293T）细胞的内质网膜区域，鉴定出299种局部翻译的mRNA，特异性超过90%。
进一步利用该技术描绘内质网应激条件下ER邻近翻译组的动态变化，揭示了未折叠蛋白反应（UPR）过程中局部翻译的作用，包括参与蛋白折叠与靶向的相关蛋白翻译过程。
参考消息：https://doi.org/10.1073/pnas.2519235123