大學(xué)（武漢）.jpg){kind=logo}
中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）材料與化學(xué)學(xué)院婁筱叮教授與北京大學(xué)藥學(xué)院劉濤教授合作，在國際著名學(xué)術(shù)期刊Nature Chemistry上發(fā)表了題為“Designing Artificial Fluorescent Proteins and Biosensors by Genetically Encoding Molecular Rotor-based Amino Acids”的研究工作。Nature Chemistry同期刊登了對該工作的專題介紹。
該工作受到熒光蛋白發(fā)色團(tuán)的化學(xué)特性的啟發(fā)，設(shè)計(jì)了一類熒光分子轉(zhuǎn)子型氨基酸 （Fluorescent Molecular Rotor Amino-acid, FMR-AA）。通過結(jié)合遺傳密碼子擴(kuò)展技術(shù)，成功將 FMR-AA 以點(diǎn)突變的形式引入目標(biāo)蛋白。這一全新策略融合了熒光蛋白的可遺傳編碼優(yōu)勢與化學(xué)染料分子的微型化和拓展性，不僅能簡便高效地構(gòu)建各種人造熒光蛋白，還能開發(fā)出高靈敏度的生物傳感器，是生物成像和分子檢測技術(shù)的新突破。 它就像是一個(gè)內(nèi)建的警報(bào)系統(tǒng)，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)發(fā)生什么有趣的事情時(shí)，警報(bào)響了。我們沒有聽到警報(bào)聲，而是看到了熒光的變化。
FMR-AA擁有一種特別的“隱身”能力。在溶液中，它保持非熒光狀態(tài)，一旦進(jìn)入高粘度環(huán)境或折疊成熟后的蛋白質(zhì)中，它便能被激發(fā)出明亮的熒光。該工作利用FMR-AA成功開發(fā)了多種蛋白質(zhì)熒光生物傳感器，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測蛋白質(zhì)構(gòu)象變化、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用以及細(xì)胞內(nèi)代謝物的動態(tài)變化。 例如，他們將FMR-AA引入到鈣調(diào)蛋白（CaM）的關(guān)鍵位點(diǎn)，經(jīng)過簡單的改進(jìn)和優(yōu)化，成功構(gòu)建了一種高信噪比、快速響應(yīng)的鈣離子傳感器。這款傳感器能夠在哺乳動物活細(xì)胞中實(shí)時(shí)監(jiān)測鈣離子濃度的動態(tài)變化。利用這一通用策略，該團(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)了可以靈敏檢測葡萄糖、GTP和谷氨酰胺濃度的熒光傳感器，拓展了FMR-AA在生物檢測中的應(yīng)用。此外，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步展示了FMR-AA作為動態(tài)探針檢測蛋白質(zhì)相互作用的獨(dú)特能力。他們將FMR-AA引入到 FRB 和 FKBR 這兩種經(jīng)典的相互作用蛋白的結(jié)合界面，通過熒光信號的變化實(shí)現(xiàn)了對這兩種蛋白質(zhì)相互作用過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測。該方法在體外抗原抗體相互作用和活細(xì)胞水平蛋白質(zhì)互作上均表現(xiàn)出極高的靈敏度， 為分子生物學(xué)中的蛋白質(zhì)互作研究提供了更為精確和高效的檢測手段。
該研究在技術(shù)上突破了傳統(tǒng)熒光蛋白和生物探針開發(fā)方法的局限，展現(xiàn)了小型化、靈活性和簡便性的優(yōu)勢，同時(shí)具有廣泛的適用性和優(yōu)異的信噪比，尤其在活細(xì)胞動態(tài)觀測中表現(xiàn)出色。這項(xiàng)技術(shù)不僅推動活細(xì)胞成像、生物分子互作研究及代謝物檢測等領(lǐng)域的發(fā)展，還為分子可視化工具的定制化開發(fā)開辟了新的方向。隨著技術(shù)的不斷完善，F(xiàn)MR-AA有望為揭示復(fù)雜生命過程提供更加高效、易用的研究工具，為生命科學(xué)研究帶來新的突破。
中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）婁筱叮教授和北京大學(xué)藥學(xué)院劉濤教授和為研究論文的共同通訊作者。該工作得到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金委等項(xiàng)目資助。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41557-024-01675-x
https://www.nature.com/articles/s41557-024-01677-9