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新型熒光蛋白可用于活細胞觀察
日期：2025-08-03 08:14
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摘要：
來自德國卡爾斯魯厄理工學院等處的研究人員發現了一種新的，來自珊瑚蟲的熒光蛋白，這種熒光蛋白可以用于高分辨率顯微鏡下觀察活細胞。這一研究成果公布在《自然—方法學》（Nature Methods）雜志上。 領導這一研究的是有名的蛋白質相互作用分析專家：Gerd Ulrich Nienhaus，這位科學家著有《Methods in Molecular Biology: Protein-Ligand Interactions》，詳細分析了蛋白與配基相互作用研究中的方法分析。 熒光蛋白是由很多能產生五彩斑斕的海洋動物產生的，包括綠色熒光蛋白，黃色熒光蛋白，紅色熒光蛋白，橙色熒光蛋白等，這些熒光蛋白有些來自水母，有些來自珊瑚，近年來分子生物學家門從中提取出了很多種熒光蛋白及它們的基因，并用基因工程建立了一系列具有不同發光特性的熒光蛋白。 人們在對熒光蛋白變體復雜的光物理學特性的研究過程中，找到了可被兩種方式激活的發色團，它們可從靜息態發射熒光（即光激活）或者發生熒光發射帶寬的轉變（即光轉化）。這些蛋白出現后被作為一種新型的探針，在活細胞成像中及對蛋白質動力學的研究中*為理想。 而*新的研究則在珊瑚蟲及其親緣物種發現了新型熒光色素，這為生產生化研究用的先進標記物提供了無價的先導結構，這項研究*重要的意義是在活體細胞中的非侵入式動態過程研究。 這種蛋白即EosFP，一種從造礁紅色腦珊瑚中提取出來的熒光蛋白。基因工程使Iris熒光蛋白具有雙重光激活的特性。**種方式下，Iris蛋白在紫光的照射下，會發生不可逆的“光轉化”——從發綠光變成發紅光。在**種方式下，在用不同波長的光照射時，這種蛋白會或多或少改變它的這兩種發光方式。 這種造礁紅色腦珊瑚：Lobophyllia hemprichii主要位于印度洋至太平洋的珊瑚礁海域，具有一定攻擊性，在夜晚會伸展出觸須蟄刺臨近的珊瑚，這種珊瑚的顏色包括亮紅色、綠色、橘色、灰色、棕色、褐色。 傳統的光活化熒光蛋白PA-FPs（包括PA-GFP等在內）的光活化突變體是將野生型中性蛋白質改造為陰離子態得來的，比如PA-GFP在穩定狀態時，野生型綠色熒光蛋白在395和475nm處分別有一大一小兩個吸收峰。當用強紫外或紫光照射該蛋白時，發色團產生光轉化，從而改變了大小兩個吸收峰的相對消光系數的比值。結果是在488nm激發下，發射熒光的強度比未刺激前增加了3倍。 這種蛋白通常會融合在目的蛋白上，并且在活細胞中表達。使用特定波長的激光照射細胞中的一些區域，蛋白標記就會在另一個波長上發光。這就使在顯微鏡下研究活細胞內的動態過程成為可能。天然狀態下，四個IrisFP分子會形成一個四聚體，這會給融合蛋白的應用帶來麻煩，為了避免這個問題，研究者們修飾了這個蛋白，造成了四個突變。這就是的單獨的IrisFP更加穩定，減少了它們形成四聚體的可能。研究人員認為這種單體的mIrisFP保留了它雙重光激活的特性，而且非常合適作為遺傳編碼的熒光蛋白標記。 熒光顯微在細胞學科學研究中作為一種非破壞性，靈敏技術使亞細胞結構可視化和監測細胞內蛋白移動而已被廣泛地應用，今天的活細胞成像已經從單純的結構或細胞器分析，轉向對功能的相互影響觀察與研究，科學家想在*真實的動態、三維、多標記條件下觀察自然，需要更先進的成像條件。 在這篇文章中，研究人員還將mIrisFP與多種其他蛋白在細胞中融合表達，證明了mIrisFP的應用普遍性，研究人員還將脈沖追蹤與熒光激活定位顯微鏡成像技術相結合，在高空間分辨率下跟蹤了熒光標記融合蛋白的運動。 為定位特異性生物分子在一個細胞內用熒光顯微鏡要求生物分子用適當熒光團標記。經典地通過有機熒光染料(如熒光素)結合至識別目標結構的一個配基或一個抗體標記分子。但是，如配基表位（epitope）或基于-抗體熒光標記不暴露至細胞外介質，細胞必須被固定和去垢劑-透性前應用熒光檢測試劑。 近年來FPs已被開發成為熒光顯微鏡的強有力工具。**個被發現的FP是來自水母（Aequorea）victoria（avGFP）綠色FP，它轉換生成的生物發光能量被近端螢光素酶通過共振能量變換為綠色熒光。 而在活細胞中跨越至紅色熒光研究來自在非-生物發光珊瑚蟲綱（anthozoa）avGFP同源物的發現。珊瑚蟲綱FPs和avGFP間有相對小相似性，氨基酸序列水平有20%左右相同。 這種珊瑚蟲綱FPs的熒光延伸至可見光譜的紅**和使活-細胞多重復用的進一步水平。比如近期澳大利亞的研究人員也在澳大利亞發現大量熒光珊瑚。這些珊瑚有助于研究人員研究癌細胞并更好地了解全球氣候變化。 他們在位于澳洲大陸以東大約600公里處的豪勛爵島附近海域，發現“數以百計深綠色、藍色和散發著紅色熒光”的珊瑚。研究人員將令珊瑚泛光的基因“植入”健康細胞和癌細胞的分子中，隨后通過一種特制的感光顯微鏡觀察兩種細胞的生長和變化過程。薩利赫說，研究人員將利用這些熒光基因“點亮”活體細胞，觀察它們的機理，研究癌細胞與健康細胞的不同之處。薩利赫認為，這些熒光分子正在改變細胞科學和生物醫學的研究方式。
