Science重大成果：細胞蛋白遙控
日期：2012-11-09 07:36:04
來自斯坦福大學的科學家們研發出了一種新型的細胞內遠程調控技術：利用光束通過一個簡單的方法來激活和跟蹤蛋白，解析這一細胞內最忙碌的工作機器，這一新技術公布在11月9日的Science雜志上。
領導這一研究的是斯坦福大學兒科與生物工程系首席科學家的Michael Z Lin助理教授，這位科學家在博士后期間曾在錢永健實驗室學習工作，對熒光蛋白，生物物理學研究產生了濃厚興趣。
這種新技術能幫助研究人員在照射某一特殊細胞區域后，快速激活這一區域的一種蛋白，從而獲得關于這種蛋白活性時間和空間上的詳細視圖。此外，這種方法最終還可以令臨床醫師們在易于光照射的身體部位，比如眼睛或皮膚，指導治療受損或出現疾病的干細胞的活性和運動，目前斯坦福大學已經申請了這項研究的專利。
這種方法需要將一種特殊熒光蛋白中的兩個片段加入到其它目的蛋白中去，由此產生的雜交蛋白——稱為熒光誘導蛋白（fluorescent light-inducible proteins），或者FLIPs，具有兩種有趣的特點：不僅能通過光誘導，而且激活后的蛋白發出的光亮會降低，這樣就可以幫助研究人員很容易的檢測蛋白活性。
“這有點像一個車庫門遙控器，而且這個遙控器還會告訴你車庫的門是打開的還是關閉的，”Lin博士說，“我就總是在關閉車庫門，駛出家門口之后，回憶不起到底我關沒關車庫門，所以又有打回轉去看看”。如果說車庫門就像是FLIPs，那么他就不用花時間再返回去了，因為這些蛋白不僅能在光開關打開的時候開啟，而且也會告訴研究人員它們正在工作。 “這個分子會告訴你它在哪里，以及它在做什么，”Lin說。
這種新方法的秘訣就在于，它采用了一種類似魔術貼一樣的熒光蛋白——Dropna。在黑暗中，Dropna能相互黏貼在一起，發出熒光，而在藍綠色光線照射下，各個蛋白單元又會分離開來，從而開始變暗。
Lin研究組在目的蛋白的兩端都加上了一個Dropna蛋白單位，這樣在在黑暗中，Dropna粘在一起，擋住了目的蛋白的活性位點，而當藍綠色光照在蛋白上時，Dropna又分散開了，露出了蛋白的活性部位，從而能正常工作。而且在藍綠色光中，Dropna的發出光也比較微弱，這代表這FLIP已經開啟了。
最簡單的FLIPs構建方法是折疊蛋白活性位點附近的頭部和尾部，不過目前研究小組正在計算如何將Dropna粘附到蛋白的其它部位上，而不僅僅是兩端。通過這種修飾方法，Lin預計大部分科學家們感興趣的蛋白都能構建出FLIPs來。
“對于科學家來說這非常有趣的，因為它涉及到了兩個令人興奮的氨基領域：生物傳感——熒光蛋白一直占據著主導地位，和光遺傳學——利用光生物學進行研究的學科，”Lin說。
過去從事生物傳感的科學家們一直致力于利用熒光蛋白標記細胞器，觀察細胞內發生的某些生物進程。而光遺傳學專家則找到了利用光開啟特殊神經環路的方法，Lin的種種方法結合了這兩種技術的優點，第一次將光遺傳學技術應用到了單個蛋白。
除了實驗室研究之外，該方法也可用于指導治療性干細胞注入，例如，如果令干細胞包含有能遙控細胞運動的FLIPs，那么利用一束光就能直接植入的干細胞定位到一個特定的位置上。同樣，FLIPs和適當適時的光束也可以用來控制干細胞到達其目的地之后的行為。
“如果仔細考慮干細胞在再生組織中的具體使用情況時，就會發現我們需要能操控細胞走向，何時增殖，以及何時凋亡，”Lin說。目前這一方法可能比較適合用于身體表面組織，如眼睛和皮膚，因為還需要能夠為治療部位提供光線。
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