美國北卡羅來納州立大學(xué)研究人員構(gòu)建出經(jīng)過特殊改造的哺乳細胞,。該細胞提供一種新的“化學(xué)把柄(chemical handle)”，將使得研究人員更加有效地標(biāo)記蛋白,，同時又不破壞蛋白本身和它們所在細胞的正常功能,。2012年2月5日，該研究結(jié)果在線發(fā)表在《自然-化學(xué)》期刊上,。
研究人員早已在很多領(lǐng)域使用蛋白標(biāo)記技術(shù)幫助他們理解這些重要的分子如何影響細胞的正常功能,。當(dāng)前,，待研究的蛋白只是通過與其他熒光蛋白融合在一起而被標(biāo)記，從而允許研究人員使用顯微鏡追蹤它們在整個細胞中的運動,。然而,，這種方法也有一些缺點，不僅僅是因為熒光蛋白經(jīng)常足夠大而影響感興趣的蛋白的功能,。
北卡羅來納州立大學(xué)化學(xué)副教授Alex Deiters博士與英國劍橋醫(yī)學(xué)研究委員會的同事Jason Chin博士開發(fā)出一種方法將一種熒光團(fluorophore)---比當(dāng)前使用的熒光蛋白小大約20倍的熒光分子---附著到在哺乳細胞中表達的蛋白上,。
正常情況下，在自然界蛋白中只發(fā)現(xiàn)20種氨基酸,。但是Deiters和Chin開發(fā)出一種特殊的第21種氨基酸,。他們將這種氨基酸添加到經(jīng)過特殊改造能夠?qū)⑺线M他們想要研究的蛋白中。這種特殊的氨基酸有一個除經(jīng)過專門設(shè)計的熒光團之外不與任何細胞組分發(fā)生反應(yīng)的“化學(xué)把柄”,。 Deiters說,，“修飾的蛋白與熒光團之間的反應(yīng)是極其迅速的，而且產(chǎn)率比較高,，結(jié)果在這兩種反應(yīng)物之間形成穩(wěn)定的連接,。”
Deiters說，“我們發(fā)現(xiàn)我們的方法產(chǎn)生產(chǎn)率比較高的標(biāo)記蛋白,，而且結(jié)合反應(yīng)的速度比當(dāng)前方法快50倍,。此外，它需要更少的試劑完成反應(yīng),，因而總體而言,，我們開發(fā)出一種更快速、更有效的蛋白標(biāo)記方法,，而且該方法更不可能干擾待研究蛋白和細胞的正常功能,。” (生物谷：towersimper編譯)
doi:10.1038/nchem.1250
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Genetically encoded norbornene directs site-specific cellular protein labelling via a rapid bioorthogonal reaction
Kathrin Lang, Lloyd Davis, Jessica Torres-Kolbus, Chungjung Chou, Alexander Deiters & Jason W. Chin
The site-specific incorporation of bioorthogonal groups via genetic code expansion provides a powerful general strategy for site-specifically labelling proteins with any probe. However, the slow reactivity of the bioorthogonal functional groups that can be encoded genetically limits the utility of this strategy. We demonstrate the genetic encoding of a norbornene amino acid using the pyrrolysyl tRNA synthetase/tRNACUA pair in Escherichia coli and mammalian cells. We developed a series of tetrazine-based probes that exhibit ‘turn-on’ fluorescence on their rapid reaction with norbornenes. We demonstrate that the labelling of an encoded norbornene is specific with respect to the entire soluble E. coli proteome and thousands of times faster than established encodable bioorthogonal reactions. We show explicitly the advantages of this approach over state-of-the-art bioorthogonal reactions for protein labelling in vitro and on mammalian cells, and demonstrate the rapid bioorthogonal site-specific labelling of a protein on the mammalian cell surface.
