Nature Methods：新的亮紅色熒光蛋白

來(lái)源：作者：人氣：-發(fā)表時(shí)間：2023-03-29 13:01:00【大中小】

摘要：熒光蛋白被廣泛應(yīng)用于生物學(xué)研究，使各種類型的細(xì)胞或結(jié)構(gòu)可見(jiàn)。例如，與癌癥有關(guān)的干細(xì)胞或蛋白質(zhì)。由Dorus Gadella領(lǐng)導(dǎo)的阿姆斯特丹大學(xué)研究小組開(kāi)發(fā)了一種新的鮮紅色熒光蛋白:mScarlet3。

為了理解一個(gè)細(xì)胞分裂、分泌激素或向另一個(gè)細(xì)胞傳遞信號(hào)的原因，生物學(xué)家經(jīng)常使用一個(gè)技巧。他們?cè)诟信d趣的蛋白質(zhì)上安裝了彩色的“燈”，這樣他們就可以在顯微鏡下跟蹤這些蛋白質(zhì)在活細(xì)胞中的運(yùn)動(dòng)和相互作用。這些“燈”的顏色越多，它們可以同時(shí)遵循的過(guò)程就越多。

在20世紀(jì)90年代，科學(xué)家們首次在細(xì)胞中使用熒光蛋白作為彩色標(biāo)記。這種蛋白質(zhì)是綠色的，來(lái)自熒光水母。通過(guò)對(duì)綠色蛋白質(zhì)進(jìn)行修補(bǔ)，藍(lán)色、綠松石和黃色的變體出現(xiàn)了。21世紀(jì)初，在珊瑚中發(fā)現(xiàn)了一種紅色熒光蛋白。但事實(shí)證明，將這種蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為可用于細(xì)胞研究的明亮紅光更具挑戰(zhàn)性。

圖1 阿姆斯特丹大學(xué)研究小組開(kāi)發(fā)了一種新的鮮紅色熒光蛋白:mScarlet3

創(chuàng)建mScarlet3

2016年，阿姆斯特丹大學(xué)生物學(xué)家Dorus Gadella的團(tuán)隊(duì)成功地創(chuàng)造了一種新的亮紅色熒光蛋白，實(shí)現(xiàn)了巨大的飛躍。他們將這種蛋白質(zhì)命名為mScarlet。它們的紅色發(fā)光蛋白質(zhì)很快被科學(xué)界發(fā)現(xiàn)。編碼mScarlet的DNA已被請(qǐng)求約3400次，現(xiàn)在幾乎世界上每個(gè)國(guó)家都將其用于細(xì)胞生物學(xué)研究。

不幸的是，在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，mScarlet蛋白被證明比常用的綠色熒光蛋白折疊得更慢，更不完全，導(dǎo)致這些細(xì)胞的亮度不是最佳的。因此，該團(tuán)隊(duì)繼續(xù)研究這種蛋白質(zhì)，并試圖加速和最大化折疊。他們使用了他們已經(jīng)開(kāi)發(fā)的兩種mScarlet變體，一種折疊速度快，但亮度較低，另一種折疊速度慢，但最終熒光明亮。他們?cè)噲D將這兩種蛋白質(zhì)的積極特性結(jié)合到一種新的蛋白質(zhì)中。在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的一些有針對(duì)性的改變的幫助下，他們成功地實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)，產(chǎn)生了mScarlet3。這個(gè)最新的變種現(xiàn)在結(jié)合了最大的亮度，快速和完整的折疊。

最后，為了測(cè)試mScarlet3的結(jié)構(gòu)，生物學(xué)家們把他們的作品送到了格勒諾布爾的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究所(CNRS, CEA, Université格勒諾布爾阿爾卑斯)。結(jié)構(gòu)生物學(xué)家Antoine Royant使用歐洲同步加速器ESRF(世界上最亮的x射線源)來(lái)繪制蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)。Royant:“事實(shí)證明，mScarlet3之所以如此明亮，是因?yàn)檫@種蛋白質(zhì)中有一種特殊的疏水(油性)局部結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)既加快了蛋白質(zhì)的折疊速度，也改善了蛋白質(zhì)的折疊速度。”

圖片:在HeLa細(xì)胞中作為融合標(biāo)簽的RFPs的評(píng)估。

新標(biāo)準(zhǔn)

有了這種新的、大大改進(jìn)的紅色熒光蛋白，科學(xué)家們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里的工具箱現(xiàn)在比以往任何時(shí)候都更完整。加德拉:“使用mScarlet的經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)非常積極，這就是為什么我們預(yù)計(jì)mScarlet3將在研究人員中更受歡迎，并將迅速成為全球的新標(biāo)準(zhǔn)。鮮紅色熒光蛋白受到高度追捧，因?yàn)榧ぐl(fā)這些紅色蛋白比激發(fā)綠色蛋白對(duì)細(xì)胞的危害小。此外，紅光散射較少，這意味著你也可以用顯微鏡觀察更深層次細(xì)胞的分子過(guò)程。有了mScarlet3，我們終于有了一種非常健壯的亮紅色熒光蛋白，它折疊迅速而完全，沒(méi)有進(jìn)一步的缺點(diǎn)。我們對(duì)mScarlet3的新應(yīng)用有很多期待，包括制作新的紅色熒光生物傳感器，mScarlet3可以用來(lái)對(duì)特定的細(xì)胞功能進(jìn)行成像。”

mScarlet3的遺傳密碼已被UvA申請(qǐng)專利。

參考資料：

[1] Platelet glycoprotein V spatio-temporally controls fibrin formation