近红外荧光蛋白iRFP713/C15S/V254C-藻蓝胆素复合物的结构解析与荧光增效机制研究

来自国际研究团队的最新突破：针对细菌光敏色素衍生荧光标记亮度不足的难题，研究人员通过将iRFP713蛋白进行C15S/V254C突变并与藻蓝胆素(PCB)结合，成功使iRFP-PCB复合物的荧光量子产率较传统biliverdin(BV)复合物提升4倍以上。晶体结构解析结合分子动力学模拟揭示了其构效关系，为开发新一代近红外生物标记物奠定基础。

　　

这项研究揭示了细菌光敏色素衍生荧光蛋白的增效奥秘。当近红外荧光蛋白iRFP713经过C15S/V254C双突变后，与藻蓝胆素(phycocyanobilin, PCB)形成的复合物展现出惊人的光学特性——在真核细胞HEK293T中的有效亮度达到传统biliverdin(BV)复合物的四倍以上。

通过X射线晶体衍射技术，科研人员首次捕捉到iRFP-PCB复合物的精细三维结构。有趣的是，在不对称单位晶胞中观察到蛋白质单体既存在平行排列又存在反平行排列的特殊构象。分子动力学模拟进一步显示，无论与BV还是PCB结合，Cys₂₅₄共价结合的色素分子都保持相似的动态特性。

该发现为荧光标记技术开辟了新路径：PCB作为细菌光敏色素的天然发色团，其卓越的荧光增强效应远超预期。这种基于RpBphP2光敏色素改造的iRFP713变体，不仅为活体成像提供了更明亮的近红外探针，其特殊的双构象组装模式更为蛋白质工程改造提供了全新思路。未来或可基于此开发出适用于深层组织成像的高性能荧光标记系统。