單蛋白納米孔法檢測翻譯后修飾

來源：作者：人氣：-發表時間：2023-08-03 09:20:00【大中小】

摘要：科學家已經開發出一種納米孔測序方法，通過監測線性化蛋白質流過納米孔時產生的細微離子電流來檢測翻譯后修飾。

在牛津大學，科學家們開發了一種納米孔技術，可以識別單個蛋白質中的三種不同的翻譯后修飾(PTMs)，甚至可以識別長蛋白質鏈的深處。科學家們斷言，他們的技術“為編制細胞和組織中的蛋白質形態清單奠定了基礎。”

這項技術發表在《Nature Nanotechnology》雜志上。該論文指出，單分子的蛋白質形態鑒定需要長多肽鏈結構的知識，這些知識已被證明是難以捉摸的。雖然有通過固態納米孔或大尺寸蛋白質納米孔進行折疊蛋白易位的方法，但這些方法尚未在多肽序列中定位PTMs。檢測PTMs的方法只能在短肽內檢測。

圖1 新型納米孔測序方法通過監測線性化蛋白質流過納米孔時產生的細微離子電流來檢測翻譯后修飾

在他們的論文中，牛津大學的科學家們描述了他們的方法:“我們在一個工程電荷選擇納米孔中使用電滲透，對超過1200個殘基的單個多肽進行非酶捕獲、展開和易位。未標記的硫氧還蛋白多蛋白通過納米孔進行運輸，從C端或N端進行定向共易位展開。非變性濃度的朝變性試劑加速了分析。

科學家們詳細闡述了納米孔DNA/RNA測序技術。具體來說，科學家們使用定向水流來捕獲和展開3D蛋白質成線性鏈，并讓它們通過剛好足夠寬的孔，允許單個氨基酸通過。結構變化是通過測量施加在納米孔上的電流的變化來確定的。不同的分子在電流中造成不同的干擾，從而賦予它們獨特的特征。

該團隊成功地證明了該方法在檢測三種不同的PTM修飾(磷酸化、谷胱甘肽化和糖基化)方面的有效性。其中包括蛋白質序列深處的修飾。重要的是，該方法不需要使用標簽、酶或其他試劑。

根據研究小組的說法，這種新的蛋白質表征方法可以很容易地集成到現有的便攜式納米孔測序設備中，使研究人員能夠快速建立單個細胞和組織的蛋白質清單。這可以促進即時診斷，實現與癌癥和神經退行性疾病等疾病相關的特定蛋白質變異的個性化檢測。

“這種簡單而強大的方法開辟了許多可能性，”牛津大學有機化學副教授、當前研究的通訊作者Yujia Qing博士說。“最初，它允許檢查單個蛋白質，例如與特定疾病有關的蛋白質。從長遠來看，這種方法有可能在細胞內創建更多的蛋白質變異清單，從而更深入地了解細胞過程和疾病機制。”

圖2 Trx連接子多聯體經電滲驅動易位穿過蛋白質納米孔

當前研究的另一位通訊作者是Hagan Bayley博士，他是牛津大學化學生物學教授，也是牛津納米孔技術公司的聯合創始人。他指出，在單分子水平上精確定位和識別翻譯后修飾和其他蛋白質變異的能力“對推進我們對細胞功能和分子相互作用的理解有著巨大的希望。”他補充說，這可能“為個性化醫療、診斷和干預開辟新的途徑”。

該研究的作者強調，在單分子水平上分析細胞蛋白質及其數百萬變體的技術將揭示生物學以前未知的大量信息。

雖然人類細胞含有大約20,000個蛋白質編碼基因，但在細胞中觀察到的蛋白質的實際數量要大得多，已知的蛋白質結構超過1,000,000種。這些變異是通過PTMs產生的，PTMs是蛋白質從DNA轉錄后發生的結構變化。這些變化——比如在組成蛋白質的單個氨基酸上添加化學基團或碳水化合物鏈——會導致同一蛋白質鏈產生數百種可能的變化。

這些變異在生物學中發揮著關鍵作用，通過精確調節單個細胞內復雜的生物過程。PTMs的映射將揭示大量有價值的信息，可能徹底改變我們對細胞功能的理解。

參考資料：

[1] Enzyme-less nanopore detection of post-translational modifications within long polypeptides