PNAS奇闻：激活果蝇的发光潜能

　　

生物通报道：麻省大学医学院的科学家发现，果蝇其实具备在黑暗中发光的潜力（生物荧光）。而UMMS合成的一种新型D-luciferin类似物，可以激活果蝇的发光潜能。这项研究提前发表在美国国家科学院院刊PNAS杂志的网站上。

这项研究向人们展示，生物发光所需的生化条件，其实在自然界中相当普遍。人工合成的荧光素能够帮助人们开发更多生物体内的发光潜力，激活相应的酶促反应。这无疑大大拓展了生物发光成像技术的应用范围，为活体研究增添了新的工具。（相关阅读：Nature Methods：评估荧光蛋白的光激活效率http://www.ebiotrade.com/newsf/2014-1/201417111739280.htm）

自然界中能够在黑暗中自然发光的动物很少，萤火虫就是其中之一。当萤火虫体内的荧光素酶将小分子D-luciferin氧化时，这种生物就能够发光。

人们普遍认为，荧光素酶演化自所有昆虫都具有的酯酰辅酶A合成酶ACSL。这两种酶都是腺苷形成酶超家族中的成员，能够激活脂肪酸。不过，只有荧光素酶才能催化D-luciferin发光。文章的资深作者，麻省大学的副教授Stephen C Miller此前曾发现，荧光素酶中的一些突变会减少天然D-luciferin底物发出的光。这时用合成荧光素替代D-luciferin，可以增强该系统的发光。

“这说明，昆虫ACSL无法使荧光素酶的底物D-luciferin发光，并不意味着它们就无法催化发光所需的生化反应，”Dr. Miller说。

他推测，其它昆虫的ACSL也能够催化与萤火虫类似的生物发光反应。关键是要找到合适的小分子作为底物，才能启动整个生化反应。

研究人员认为，D-luciferin的形态使其无法成为ACSL的催化底物。因此，Miller和文章的第一作者David Mofford测试了大量人工合成的荧光素，看它们是否能够在果蝇ACSL（CG6178）的催化下发光。

研究显示，一种被称为CycLuc2的D-luciferin类似物，能够在CG6178的催化下发出红光。研究人员指出，只需要将CycLuc2简单添加到活细胞内，就足以使果蝇细胞发光。此外，当哺乳动物细胞表达CG6178时，它们也能够在CycLuc2存在的情况下发光。

“合成CycLuc2拥有独特的不对称环形结构，我们认为这有助于它与酶正确匹配，启动生物发光所需的氧化反应，”Miller说。“D-luciferin无法正确匹配，所以这种生化反应无法启动。”

文章指出，自然界中可能存在着许多能催化生物发光的酶，人们只需要为它们找到合适的底物。将内源性蛋白作为荧光素酶，就无需对DNA做出改动，这将大大有助于生物发光成像的应用，例如研究基因表达 、理解感染机制、追踪癌细胞或者评估新药的效力等。

“我们的合成底物，为科学家们提供了新的工具。用内源性酶替代萤火虫的荧光素酶，有助于在活细胞或动物体内研究基础的生物学过程，”Miller说。下一步，研究人员将尝试通过合成荧光素，揭示人类ACSL酶的发光潜能。

 

生物通编辑：叶予

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