熒光蛋白新技術(shù)
日期：2010-11-03 13:41:32
熒光蛋白是由很多能產(chǎn)生五彩斑斕的海洋動(dòng)物產(chǎn)生的，包括綠色熒光蛋白，黃色熒光蛋白，紅色熒光蛋白，橙色熒光蛋白等，這些熒光蛋白有些來自水母，有些來自珊瑚，近年來分子生物學(xué)家門從中提取出了很多種熒光蛋白及它們的基因，并用基因工程建立了一系列具有不同發(fā)光特性的熒光蛋白。
人們?cè)趯?duì)熒光蛋白變體復(fù)雜的光物理學(xué)特性的研究過程中，找到了可被兩種方式激活的發(fā)色團(tuán)，它們可從靜息態(tài)發(fā)射熒光（即光激活）或者發(fā)生熒光發(fā)射帶寬的轉(zhuǎn)變（即光轉(zhuǎn)化）。這些蛋白出現(xiàn)后被作為一種新型的探針，在活細(xì)胞成像中及對(duì)蛋白質(zhì)動(dòng)力學(xué)的研究中最為理想。
但是想要成功追蹤細(xì)胞動(dòng)態(tài)，獲得活體成像卻不是那么容易的事，比如說迄今為止在活體動(dòng)物中成像的最好工具是遠(yuǎn)紅外熒光蛋白，因?yàn)樵诳梢姽庾V的遠(yuǎn)紅外部分，自體熒光和動(dòng)物組織的光吸收都是最小。然而，要產(chǎn)生遠(yuǎn)紅外熒光，這些蛋白需要被600nm左右或以下的光激發(fā)，但這些光在到達(dá)深處的組織之前，就已被血紅蛋白大幅度減弱，因此也有許多科學(xué)家投身于這一領(lǐng)域。
來自德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院等處的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新的，來自珊瑚蟲的熒光蛋白，這種熒光蛋白可以用于高分辨率顯微鏡下觀察活細(xì)胞。這為生產(chǎn)生化研究用的先進(jìn)標(biāo)記物提供了無價(jià)的先導(dǎo)結(jié)構(gòu)，這項(xiàng)研究最重要的意義是在活體細(xì)胞中的非侵入式動(dòng)態(tài)過程研究。
這種蛋白即EosFP，一種從造礁紅色腦珊瑚中提取出來的熒光蛋白。基因工程使Iris熒光蛋白具有雙重光激活的特性。第一種方式下，Iris蛋白在紫光的照射下，會(huì)發(fā)生不可逆的“光轉(zhuǎn)化”——從發(fā)綠光變成發(fā)紅光。在第二種方式下，在用不同波長的光照射時(shí)，這種蛋白會(huì)或多或少改變它的這兩種發(fā)光方式。
這種蛋白通常會(huì)融合在目的蛋白上，并且在活細(xì)胞中表達(dá)。使用特定波長的激光照射細(xì)胞中的一些區(qū)域，蛋白標(biāo)記就會(huì)在另一個(gè)波長上發(fā)光。這就使在顯微鏡下研究活細(xì)胞內(nèi)的動(dòng)態(tài)過程成為可能。天然狀態(tài)下，四個(gè)IrisFP分子會(huì)形成一個(gè)四聚體，這會(huì)給融合蛋白的應(yīng)用帶來麻煩，為了避免這個(gè)問題，研究者們修飾了這個(gè)蛋白，造成了四個(gè)突變。這就是的單獨(dú)的IrisFP更加穩(wěn)定，減少了它們形成四聚體的可能。研究人員認(rèn)為這種單體的mIrisFP保留了它雙重光激活的特性，而且非常合適作為遺傳編碼的熒光蛋白標(biāo)記。
另外來自日本理化學(xué)研究所，法國國家科學(xué)研究中心等處的研究人員發(fā)麻了一種新型光傳感器：電位敏感熒光蛋白，這種傳感器能檢測出活體大腦中神經(jīng)細(xì)胞中產(chǎn)生的電子變化，這有助于科學(xué)家們實(shí)時(shí)追蹤，研究分析大腦神經(jīng)活動(dòng)。
研究人員成功開發(fā)出能夠在活著的大腦內(nèi)檢測出神經(jīng)細(xì)胞中產(chǎn)生的電子變化的光傳感器，這種光傳感器就是一種電位敏感熒光蛋白：VSFP2.3/2.42。而且研究人員首次在小鼠腦部特定部位遺傳性編入這一蛋白，并通過刺激一根胡須后實(shí)時(shí)記錄了產(chǎn)生的神經(jīng)活動(dòng)情況。
構(gòu)成生物體的細(xì)胞發(fā)揮著各種特性，生命現(xiàn)象也由此而生。實(shí)時(shí)了解細(xì)胞間的活動(dòng)、各種細(xì)胞的活動(dòng)狀況成為研究人員揭開復(fù)雜生命謎團(tuán)，開發(fā)疾病治療方法的重要途徑。在保護(hù)頭蓋骨的同時(shí)，對(duì)處理大腦龐大信息的大量神經(jīng)細(xì)胞活動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)性成像是非常困難的。
在分子成像研究不斷發(fā)展的同時(shí)，人們希望能夠開發(fā)出把神經(jīng)細(xì)胞間的會(huì)話制作成錄像的工具。
這項(xiàng)研究開發(fā)電位敏感熒光蛋白，通過導(dǎo)入基因?qū)⒋竽X神經(jīng)活動(dòng)圖像化，是在讀取神經(jīng)活動(dòng)的大腦上實(shí)現(xiàn)光遺傳學(xué)技術(shù)應(yīng)用。研究人員將遺傳性導(dǎo)入電位敏感熒光蛋白的新型光傳感器，特定了2種熒光蛋白在細(xì)胞膜上表達(dá)，比較2種熒光量獲得神經(jīng)細(xì)胞的微妙活動(dòng)變化。活用遺傳學(xué)與光發(fā)光現(xiàn)象，開發(fā)出能夠讀取細(xì)胞活動(dòng)的光遺傳學(xué)實(shí)用工具。通過這個(gè)傳感器觀察圖像，精準(zhǔn)度可以達(dá)到能夠知道哪根胡須被觸動(dòng)。將此次研究成果運(yùn)用到神經(jīng)疾病中，將有望弄清是哪條神經(jīng)回路發(fā)生了變化。
除此之外，來自杜克大學(xué)的研究人員從擬南芥中提取了兩種蛋白，進(jìn)而研發(fā)出一種可對(duì)藍(lán)光發(fā)生感應(yīng)的細(xì)胞光敏開關(guān)，并成功地實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞功能的調(diào)控。
研究人員將提取的這兩種蛋白分別與紅色熒光蛋白和綠色熒光蛋白融合，并把綠色熒光蛋白混合物附著在細(xì)胞膜上。接著，他們用藍(lán)色光照射細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)蛋白開始相互作用，紅色熒光蛋白快速移動(dòng)至細(xì)胞膜，并與綠色熒光蛋白合并，發(fā)出黃光。此外，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)這種相互作用具有可逆性，在光照射下能反復(fù)觸發(fā)。
這一開關(guān)與之前的光敏開關(guān)之處在于先前的這種紅光光敏開關(guān)需要加入一種額外的化學(xué)物質(zhì)才能對(duì)光產(chǎn)生感應(yīng)，而最新研發(fā)的藍(lán)光光敏開關(guān)因?yàn)槭褂昧艘环N天然存在于非植物有機(jī)體的輔助因子，從而無需加入額外的化學(xué)物質(zhì)就可具有光敏性。
近年來研究人員接連獲得熒光蛋白研究的新成果，相信在不遠(yuǎn)的將來，這一領(lǐng)域?qū)?huì)在各個(gè)領(lǐng)域中發(fā)揮越來越重要的作用。
