Nat. Chem.:開發出一種更快速和更高效的蛋白標記技術

2020-12-03 生物谷


特異性和快速標記含有四嗪-螢光團偶聯物的EGFR-GFP 兩個小時之後的圖片。

美國北卡羅來納州立大學研究人員構建出經過特殊改造的哺乳細胞。該細胞提供一種新的「化學把柄(chemical handle)」，將使得研究人員更加有效地標記蛋白，同時又不破壞蛋白本身和它們所在細胞的正常功能。2012年2月5日，該研究結果在線發表在《自然-化學》期刊上。

研究人員早已在很多領域使用蛋白標記技術幫助他們理解這些重要的分子如何影響細胞的正常功能。當前，待研究的蛋白只是通過與其他螢光蛋白融合在一起而被標記，從而允許研究人員使用顯微鏡追蹤它們在整個細胞中的運動。然而，這種方法也有一些缺點，不僅僅是因為螢光蛋白經常足夠大而影響感興趣的蛋白的功能。

北卡羅來納州立大學化學副教授Alex Deiters博士與英國劍橋醫學研究委員會的同事Jason Chin博士開發出一種方法將一種螢光團(fluorophore)---比當前使用的螢光蛋白小大約20倍的螢光分子---附著到在哺乳細胞中表達的蛋白上。

正常情況下，在自然界蛋白中只發現20種胺基酸。但是Deiters和Chin開發出一種特殊的第21種胺基酸。他們將這種胺基酸添加到經過特殊改造能夠將它整合進他們想要研究的蛋白中。這種特殊的胺基酸有一個除經過專門設計的螢光團之外不與任何細胞組分發生反應的「化學把柄」。 Deiters說，「修飾的蛋白與螢光團之間的反應是極其迅速的，而且產率比較高，結果在這兩種反應物之間形成穩定的連接。」

Deiters說，「我們發現我們的方法產生產率比較高的標記蛋白，而且結合反應的速度比當前方法快50倍。此外，它需要更少的試劑完成反應，因而總體而言，我們開發出一種更快速、更有效的蛋白標記方法，而且該方法更不可能干擾待研究蛋白和細胞的正常功能。」 (生物谷：towersimper編譯)

Genetically encoded norbornene directs site-specific cellular protein labelling via a rapid bioorthogonal reaction

Kathrin Lang, Lloyd Davis, Jessica Torres-Kolbus, Chungjung Chou, Alexander Deiters & Jason W. Chin

The site-specific incorporation of bioorthogonal groups via genetic code expansion provides a powerful general strategy for site-specifically labelling proteins with any probe. However, the slow reactivity of the bioorthogonal functional groups that can be encoded genetically limits the utility of this strategy. We demonstrate the genetic encoding of a norbornene amino acid using the pyrrolysyl tRNA synthetase/tRNACUA pair in Escherichia coli and mammalian cells. We developed a series of tetrazine-based probes that exhibit 『turn-on』 fluorescence on their rapid reaction with norbornenes. We demonstrate that the labelling of an encoded norbornene is specific with respect to the entire soluble E. coli proteome and thousands of times faster than established encodable bioorthogonal reactions. We show explicitly the advantages of this approach over state-of-the-art bioorthogonal reactions for protein labelling in vitro and on mammalian cells, and demonstrate the rapid bioorthogonal site-specific labelling of a protein on the mammalian cell surface.

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