Nature技术人物:荧光蛋白的追梦人

【字体: 时间:2013年06月26日 来源:生物通

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  荧光蛋白被广泛应用于细胞生物学中,帮助显现活细胞中的生物过程或大生物分子形态改变。自20世纪90年代初伊始,荧光蛋白就成为了生物科学领域最重要的研究工具之一,帮助观察从前无法看到生物过程,例如大脑中神经细胞的发育、癌细胞的扩散等。

  

生物通报道:荧光蛋白被广泛应用于细胞生物学中,帮助显现活细胞中的生物过程或大生物分子形态改变。自20世纪90年代初伊始,荧光蛋白就成为了生物科学领域最重要的研究工具之一,帮助观察从前无法看到生物过程,例如大脑中神经细胞的发育、癌细胞的扩散等。2008年的诺贝尔化学奖授予了发现和推广这一技术的科学家,其中也包括华裔科学钱永健。

钱永健实验室一直致力于荧光蛋白的研究,从这一实验室也出来了不少这一领域的青年科学家,美国Scintillon研究所光生物学与生物成像系的Nathan C Shaner就是其中一直,他曾在钱教授的指导下成功改造了单节显性的蛋白——mRFP1的荧光属性,使它有用作为一个生物标记。

在这一基础上,Shaner等人又从头索动物文昌鱼的四聚体荧光蛋白中分离获得了一种新的单体黄绿色荧光蛋白mNeonGreen。这是目前最新的青色荧光蛋白的优良荧光共振能量转移(FRET)受体。

研究显示mNeonGreen是亮度最强的单体绿色或黄色荧光蛋白,执行特殊成像效果与融合标签在传统成像中的效果一样好,可用于随机单分子超分辨成像的融合标记。

科学家们通常将青色荧光蛋白(CFPs)连接到参与内部或构象改变的蛋白质上,借以观测或细胞内大量的生物进程。研究人员利用蓝光照射细胞使细胞内的CFP蛋白发射出特征性的蓝绿色光从而帮助定位细胞内CFP,确定观察目标。

除了mNeonGreen之外,钱永健等人还设计出了两个荧光蛋白,Clover 和mRuby2,,这两者分别具有目前为止最明亮的绿色和红色,并且具有此前没有达到的,最高的Förster临界半径(Förster radius)——是指每一对FRET间50%能量转移时的距离。在激酶活性报告系统中利用Clover 和mRuby2替换CFP和YFP,小分子GTPase活性和跨膜电压显著提高了耐光性,FRET的动态范围和发射率变化,这些改进能提高对短暂生化事件的灵敏性。

另外还有研究人员利用一种淡水鳗鱼克隆出了一个不同寻常荧光蛋白UnaG的基因,由此他们发现了使胆红素与UnaG结合,激发UnaG光发射的一种新型荧光机制。利用这一特性,他们开发出了一种高度敏感、准确和快速的新胆红素检测方法,其有可能成为全球的临床标准,并应用于儿童肝健康成为主要问题的发展中国家。

原文摘要:

The author file: Nathan Shaner
Jellyfish such as Aequorea victoria use the fluorescent protein GFP to shift their bioluminescence from blue to green, probably for better visibility in algae-filled waters, says biochemist Nathan Shaner, cofounder of the Scintillon Institute in San Diego. The lancelet Branchiostoma lanceolatum, a marine invertebrate that likes to burrow into the sand and that fluoresces for unknown reasons, sports a protein brighter than any other Shaner has seen. Reinforcing this shine with stepwise protein engineering, he and his team have created mNeonGreen, a stable fluorescent protein that absorbs and emits light so well that he forecasts a bright future for it in the fast-growing field of super-resolution microscopy.



 

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