太棒啦，科學(xué)家設(shè)計(jì)出獨(dú)特的“發(fā)光”蛋白質(zhì)！莫斯科物理與技術(shù)研究所的生物物理學(xué)家與來(lái)自法國(guó)和德國(guó)科學(xué)家合作，創(chuàng)造了一種新的熒光蛋白。

除了在紫外線和藍(lán)光照射下發(fā)光外，它在高溫下非常小且穩(wěn)定。其研究成果發(fā)表在《光化學(xué)與光生物科學(xué)》上，這種蛋白質(zhì)具有熒光顯微鏡的前景，這項(xiàng)技術(shù)被用于癌癥、傳染病和器官發(fā)育等方面的研究。

熒光顯微鏡是研究活體組織的一種方法，它依賴于誘導(dǎo)發(fā)光。在特定波長(zhǎng)激光照射下，一些蛋白質(zhì)會(huì)發(fā)出不同波長(zhǎng)的光。這種誘導(dǎo)的“輝光”可以用一種特殊的顯微鏡來(lái)分析。研究人員通過(guò)基因工程將這種熒光蛋白附加到其他蛋白上，使后者在顯微鏡下可見(jiàn)，并觀察它們?cè)诩?xì)胞中的行為。熒光顯微鏡的科學(xué)價(jià)值被證明是如此之高，以至于一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)因其發(fā)現(xiàn)而被授予。另一個(gè)則因其從根本上提高了該方法的準(zhǔn)確性而被授予諾貝爾獎(jiǎng)。

到目前為止，用于這種觀察的熒光蛋白有幾個(gè)缺陷。它們?nèi)菀资軣?，體積相當(dāng)大，只有在氧氣存在時(shí)才會(huì)發(fā)光。來(lái)自MIPT膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析和工程實(shí)驗(yàn)室的該論文第一作者薇拉·納扎倫科(Vera Nazarenko)說(shuō)：首先，蛋白質(zhì)比它的類似物更耐熱，它只在68攝氏度時(shí)變性，它也是微型的，而目前使用的熒光蛋白大多體積較大。最重要的是，它可以在沒(méi)有氧氣的情況下發(fā)光，研究小組最初在嗜熱細(xì)菌a的細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了這種蛋白。

這種細(xì)菌生活在高溫環(huán)境中，比如溫泉。然后，研究人員通過(guò)基因工程設(shè)計(jì)了一個(gè)DNA序列，該序列復(fù)制了蛋白質(zhì)的熒光部分，但沒(méi)有復(fù)制其他部分，這將使分子變得更大。通過(guò)將編碼該蛋白的基因?qū)肓硪环N細(xì)菌大腸桿菌的細(xì)胞，研究小組將其轉(zhuǎn)變成一家大規(guī)模生產(chǎn)具有獨(dú)特特性的熒光蛋白工廠。研究活細(xì)胞中發(fā)生過(guò)程的研究人員一直在等待一種結(jié)合這些關(guān)鍵特征的蛋白質(zhì)。通過(guò)將其引入細(xì)胞，現(xiàn)在可以獲得有關(guān)細(xì)胞生死的基本數(shù)據(jù)。

舉幾個(gè)例子，熒光顯微鏡被認(rèn)為是研究惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展機(jī)制的最佳工具之一，對(duì)研究細(xì)胞信號(hào)和器官發(fā)育也很有用。先前用于熒光顯微鏡的蛋白質(zhì)體積龐大且熱不穩(wěn)定，限制了該方法的應(yīng)用，多虧了MIPT團(tuán)隊(duì)，這個(gè)障礙已經(jīng)消除了。光氧電壓(LOV)域是植物、細(xì)菌和真菌中光感受器的保守部分，它結(jié)合黃酮作為色團(tuán)并檢測(cè)藍(lán)光。LOV結(jié)構(gòu)域的變異被發(fā)展成為熒光報(bào)告蛋白，由于其在厭氧條件下具有熒光性、快速折疊動(dòng)力學(xué)和尺寸較小，是一種很有前途的生物過(guò)程實(shí)時(shí)定量分析報(bào)告系統(tǒng)。

熱穩(wěn)定黃素為基礎(chǔ)的熒光蛋白CagFbFP從可溶性LOV域含有組氨酸激酶從嗜熱細(xì)菌氯氟雷克薩斯聚集，LOV光受體蛋白中負(fù)責(zé)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵殘基谷氨酰胺具有兩種構(gòu)象。分子動(dòng)力學(xué)模擬表明，這兩種構(gòu)象能夠快速地相互轉(zhuǎn)換。在1.22 A分辨率下測(cè)定野生型氯氟雷克薩斯聚合體LOV結(jié)構(gòu)域的晶體結(jié)構(gòu)證實(shí)了谷氨酰胺側(cè)鏈存在兩個(gè)替代構(gòu)象?？偟膩?lái)說(shuō)，由于其穩(wěn)定性和易結(jié)晶性，該蛋白有望成為L(zhǎng)OV結(jié)構(gòu)域的超高分辨率結(jié)構(gòu)研究和熒光報(bào)告材料。

博科園｜研究/來(lái)自：莫斯科物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

參考期刊《光化學(xué)和光生物科學(xué)》

DOI: 10.1039/c9pp00067d

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