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<荧光蛋白的研究进展>

2013-08-27

摘要: 钱永健的实验室最近采用一种新的方法来开发体内成像的荧光蛋白。利用饱和突变和DNA改组(DNA shuffling)来改变胆绿素发色团的蛋白残基,钱永健及他的同事们发现了一种光稳定的红外荧光蛋白突变单体,它的激发波长是684 nm,发射波长是708 nm。当他们利用腺病毒载体在小鼠肝脏表达这种突变体时,观察到强烈的红外荧光

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。去年,诺贝尔化学奖也授予了荧光蛋白的发现者和改造者。钱永健先生便是其中之一。正是由于他的努力,如今天然和改造的荧光蛋白才能比彩虹还要绚丽。

荧光蛋白的主要作用是以绚丽的颜色标记细胞结构和监测胞内过程,它还用于细胞群体的体内示踪,如肿瘤细胞。迄今为止,在活体动物中成像的**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600 nm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,到现在为止还未开发出激发光谱在700 nm附近的荧光蛋白。

钱永健的实验室最近采用一种新的方法来开发体内成像的荧光蛋白。他们没有像惯常的一样,从红色荧光蛋白开始,将它们改造得更亮,而是从一种新的骨架来开发红外荧光蛋白。他们从一种耐辐射奇球菌(Deinococcus radiodurans)的细菌光敏色素骨架入手,这种光敏色素吸收700 nm左右的光。它还结合了一种名为胆绿素的辅因子,作为发色团。文章的第一作者Xiaokun Shu介绍到:“目前已获得截短的光敏色度晶体结构,它利于蛋白质工程。我们的目标是固定结合的胆绿素,以便减少非辐射性衰减,这样吸收的700 nm光子就能够随荧光发出。”

利用饱和突变和DNA改组(DNA shuffling)来改变胆绿素发色团的蛋白残基,钱永健及他的同事们发现了一种光稳定的红外荧光蛋白突变单体,它的激发波长是684 nm,发射波长是708 nm。当他们利用腺病毒载体在小鼠肝脏表达这种突变体时,观察到强烈的红外荧光。

除了体内成像应用,红外荧光蛋白还能用于细胞成像。它的颜色与目前存在的荧光蛋白不同。而且,红外区域的细胞自体荧光几乎是不存在的,因此提供了更清晰的图像。红外荧光蛋白还能在荧光共振能量转移(FRET)中发挥作用。

红外荧光蛋白应该不会局限于耐辐射奇球菌的光敏色素,还存在许多种细菌光敏色素,它们的吸收**值在650到750 nm之间。因此,Shu博士表示,这些也是红外荧光蛋白的有力候选,它们能用于多色成像、以及体内FRET成像的供体或受体。


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