Methods:荧光蛋白新技术

【字体: 时间:2010年11月03日 来源:生物通

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  自从上世纪60年代在水母中发现GFP以来,荧光蛋白的发展非常迅速。2008年更是将诺贝尔化学奖也授予了荧光蛋白的发现者和改造者:钱永健。

  

生物通报道:自从上世纪60年代在水母中发现GFP以来,荧光蛋白的发展非常迅速。2008年更是将诺贝尔化学奖也授予了绿色荧光蛋白这一发现。

荧光蛋白是由很多能产生五彩斑斓的海洋动物产生的,包括绿色荧光蛋白,黄色荧光蛋白,红色荧光蛋白,橙色荧光蛋白等,这些荧光蛋白有些来自水母,有些来自珊瑚,近年来分子生物学家门从中提取出了很多种荧光蛋白及它们的基因,并用基因工程建立了一系列具有不同发光特性的荧光蛋白。

人们在对荧光蛋白变体复杂的光物理学特性的研究过程中,找到了可被两种方式激活的发色团,它们可从静息态发射荧光(即光激活)或者发生荧光发射带宽的转变(即光转化)。这些蛋白出现后被作为一种新型的探针,在活细胞成像中及对蛋白质动力学的研究中最为理想。

但是想要成功追踪细胞动态,获得活体成像却不是那么容易的事,比如说迄今为止在活体动物中成像的最好工具是远红外荧光蛋白,因为在可见光谱的远红外部分,自体荧光和动物组织的光吸收都是最小。然而,要产生远红外荧光,这些蛋白需要被600nm左右或以下的光激发,但这些光在到达深处的组织之前,就已被血红蛋白大幅度减弱,因此也有许多科学家投身于这一领域。

来自德国卡尔斯鲁厄理工学院等处的研究人员发现了一种新的,来自珊瑚虫的荧光蛋白,这种荧光蛋白可以用于高分辨率显微镜下观察活细胞。这为生产生化研究用的先进标记物提供了无价的先导结构,这项研究最重要的意义是在活体细胞中的非侵入式动态过程研究。

这种蛋白即EosFP,一种从造礁红色脑珊瑚中提取出来的荧光蛋白。基因工程使Iris荧光蛋白具有双重光激活的特性。第一种方式下,Iris蛋白在紫光的照射下,会发生不可逆的“光转化”——从发绿光变成发红光。在第二种方式下,在用不同波长的光照射时,这种蛋白会或多或少改变它的这两种发光方式。

这种蛋白通常会融合在目的蛋白上,并且在活细胞中表达。使用特定波长的激光照射细胞中的一些区域,蛋白标记就会在另一个波长上发光。这就使在显微镜下研究活细胞内的动态过程成为可能。天然状态下,四个IrisFP分子会形成一个四聚体,这会给融合蛋白的应用带来麻烦,为了避免这个问题,研究者们修饰了这个蛋白,造成了四个突变。这就是的单独的IrisFP更加稳定,减少了它们形成四聚体的可能。研究人员认为这种单体的mIrisFP保留了它双重光激活的特性,而且非常合适作为遗传编码的荧光蛋白标记。

另外来自日本理化学研究所,法国国家科学研究中心等处的研究人员发麻了一种新型光传感器:电位敏感荧光蛋白,这种传感器能检测出活体大脑中神经细胞中产生的电子变化,这有助于科学家们实时追踪,研究分析大脑神经活动。

研究人员成功开发出能够在活着的大脑内检测出神经细胞中产生的电子变化的光传感器,这种光传感器就是一种电位敏感荧光蛋白:VSFP2.3/2.42。而且研究人员首次在小鼠脑部特定部位遗传性编入这一蛋白,并通过刺激一根胡须后实时记录了产生的神经活动情况。

构成生物体的细胞发挥着各种特性,生命现象也由此而生。实时了解细胞间的活动、各种细胞的活动状况成为研究人员揭开复杂生命谜团,开发疾病治疗方法的重要途径。在保护头盖骨的同时,对处理大脑庞大信息的大量神经细胞活动进行实时性成像是非常困难的。
在分子成像研究不断发展的同时,人们希望能够开发出把神经细胞间的会话制作成录像的工具。

这项研究开发电位敏感荧光蛋白,通过导入基因将大脑神经活动图像化,是在读取神经活动的大脑上实现光遗传学技术应用。研究人员将遗传性导入电位敏感荧光蛋白的新型光传感器,特定了2种荧光蛋白在细胞膜上表达,比较2种荧光量获得神经细胞的微妙活动变化。活用遗传学与光发光现象,开发出能够读取细胞活动的光遗传学实用工具。通过这个传感器观察图像,精准度可以达到能够知道哪根胡须被触动。将此次研究成果运用到神经疾病中,将有望弄清是哪条神经回路发生了变化。

除此之外,来自杜克大学的研究人员从拟南芥中提取了两种蛋白,进而研发出一种可对蓝光发生感应的细胞光敏开关,并成功地实现对细胞功能的调控。

研究人员将提取的这两种蛋白分别与红色荧光蛋白和绿色荧光蛋白融合,并把绿色荧光蛋白混合物附着在细胞膜上。接着,他们用蓝色光照射细胞,发现蛋白开始相互作用,红色荧光蛋白快速移动至细胞膜,并与绿色荧光蛋白合并,发出黄光。此外,科学家还发现这种相互作用具有可逆性,在光照射下能反复触发。

这一开关与之前的光敏开关之处在于先前的这种红光光敏开关需要加入一种额外的化学物质才能对光产生感应,而最新研发的蓝光光敏开关因为使用了一种天然存在于非植物有机体的辅助因子,从而无需加入额外的化学物质就可具有光敏性。

近年来研究人员接连获得荧光蛋白研究的新成果,相信在不远的将来,这一领域将会在各个领域中发挥越来越重要的作用。

(生物通:万纹)

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