一直以来,细胞信号传导机制的研究局限于体外方法或免疫荧光技术,这都是在固定的死细胞上进行的。到了90年代,绿色荧光蛋白(GFP)技术的出现带来了细胞生物学的革命,使得科研人员不需化学染色,就能实时地在活细胞中研究信号传导活动。在自动筛选中,为了尽可能地开发利用GFP,就必需先进的成像仪器和蛋白运动的定量技术。而以前难以驾御的目标,现在可以用各种化合物处理后,通过GFP标记的蛋白来定量测量实时位移。通过此方法,GFP能用来详细地勾画出活体细胞内蛋白的分布、转运及功能,也能用于评价在细胞环境中药物分子怎样影响这些过程的。
介绍
早在公元一世纪,罗马自然历史学家Pliny报告说,来自水母“Pulmo marinus”的粘滑物质,涂抹在手杖上,能“象火炬一样照明指路”。在这现象第一次被描述的二千年后,分子生物学家克隆了绿色荧光蛋白的DNA,这蛋白正是水母体内发光的原因(1)。此项工作导致了细胞生物学上革命性的创新,研究人员能创造出各种能在黑暗中发光的蛋白,并能在活体细胞中观察蛋白的移动。但是此技术在药物开发的应用期待先进的细胞自动成像仪器,及其附带的能测量胞内蛋白运动的复杂方法。
水母照亮道路
如水母和珊瑚,许多发光海洋生物都带有GFP,这是在黑暗的海水中发光机制的部分原因。从这些生物中分离出的GFP都具有相似的蛋白和DNA序列,表明起源于一个共同的祖先蛋白。最广泛使用和了解透彻的GFP家族来自太平洋西北部海岸线的水母Aequorea
Victoria(Av) 。
所有的GFP蛋白都有一个由三条氨基酸链组成的内在荧光基团。这种荧光基团的显著优势在于它不需外源底物或辅助因子的协助就能产生荧光,使得活细胞的检测无需添加辅助因子、底物或化学染料(2)。最近,通过对AvGFP荧光基团中一个影响结构和功能的重要氨基酸的改变,AvGFP在哺乳动物细胞中的性能大大超越天然蛋白。BioImage公司发现并申请专利了一系列GFP类似物,它们在37摄氏度时能比天然AvGFP产生更强的荧光。另外,其它突变体被鉴定出改变了激发光波长,从而改变了颜色或提高了亮度。所以,作为研究和药物开发的工具,这些GFP类似物大大延伸了其应用范围。但是,复杂的专利状态也限制商业组织对AvGFP的使用。因此,Amersham
Biosciences 、BioImage 和Aurora Biosciences三家公司联合了专利文件,从而使得商业组织能方便地使用一些AvGFP突变体。
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