單蛋白納米孔法檢測(cè)翻譯后修飾

來(lái)源：作者：人氣：-發(fā)表時(shí)間：2023-08-03 09:20:00【大中小】

摘要：科學(xué)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種納米孔測(cè)序方法，通過(guò)監(jiān)測(cè)線性化蛋白質(zhì)流過(guò)納米孔時(shí)產(chǎn)生的細(xì)微離子電流來(lái)檢測(cè)翻譯后修飾。

在牛津大學(xué)，科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了一種納米孔技術(shù)，可以識(shí)別單個(gè)蛋白質(zhì)中的三種不同的翻譯后修飾(PTMs)，甚至可以識(shí)別長(zhǎng)蛋白質(zhì)鏈的深處。科學(xué)家們斷言，他們的技術(shù)“為編制細(xì)胞和組織中的蛋白質(zhì)形態(tài)清單奠定了基礎(chǔ)。”

這項(xiàng)技術(shù)發(fā)表在《Nature Nanotechnology》雜志上。該論文指出，單分子的蛋白質(zhì)形態(tài)鑒定需要長(zhǎng)多肽鏈結(jié)構(gòu)的知識(shí)，這些知識(shí)已被證明是難以捉摸的。雖然有通過(guò)固態(tài)納米孔或大尺寸蛋白質(zhì)納米孔進(jìn)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(cè)PTMs的方法只能在短肽內(nèi)檢測(cè)。

圖1 新型納米孔測(cè)序方法通過(guò)監(jiān)測(cè)線性化蛋白質(zhì)流過(guò)納米孔時(shí)產(chǎn)生的細(xì)微離子電流來(lái)檢測(cè)翻譯后修飾

在他們的論文中，牛津大學(xué)的科學(xué)家們描述了他們的方法:“我們?cè)谝粋€(gè)工程電荷選擇納米孔中使用電滲透，對(duì)超過(guò)1200個(gè)殘基的單個(gè)多肽進(jìn)行非酶捕獲、展開(kāi)和易位。未標(biāo)記的硫氧還蛋白多蛋白通過(guò)納米孔進(jìn)行運(yùn)輸，從C端或N端進(jìn)行定向共易位展開(kāi)。非變性濃度的朝變性試劑加速了分析。

科學(xué)家們?cè)敿?xì)闡述了納米孔DNA/RNA測(cè)序技術(shù)。具體來(lái)說(shuō)，科學(xué)家們使用定向水流來(lái)捕獲和展開(kāi)3D蛋白質(zhì)成線性鏈，并讓它們通過(guò)剛好足夠?qū)挼目祝试S單個(gè)氨基酸通過(guò)。結(jié)構(gòu)變化是通過(guò)測(cè)量施加在納米孔上的電流的變化來(lái)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(dú)特的特征。

該團(tuán)隊(duì)成功地證明了該方法在檢測(cè)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(zhì)序列深處的修飾。重要的是，該方法不需要使用標(biāo)簽、酶或其他試劑。

根據(jù)研究小組的說(shuō)法，這種新的蛋白質(zhì)表征方法可以很容易地集成到現(xiàn)有的便攜式納米孔測(cè)序設(shè)備中，使研究人員能夠快速建立單個(gè)細(xì)胞和組織的蛋白質(zhì)清單。這可以促進(jìn)即時(shí)診斷，實(shí)現(xiàn)與癌癥和神經(jīng)退行性疾病等疾病相關(guān)的特定蛋白質(zhì)變異的個(gè)性化檢測(cè)。

“這種簡(jiǎn)單而強(qiáng)大的方法開(kāi)辟了許多可能性，”牛津大學(xué)有機(jī)化學(xué)副教授、當(dāng)前研究的通訊作者Yujia Qing博士說(shuō)。“最初，它允許檢查單個(gè)蛋白質(zhì)，例如與特定疾病有關(guān)的蛋白質(zhì)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這種方法有可能在細(xì)胞內(nèi)創(chuàng)建更多的蛋白質(zhì)變異清單，從而更深入地了解細(xì)胞過(guò)程和疾病機(jī)制。”

圖2 Trx連接子多聯(lián)體經(jīng)電滲驅(qū)動(dòng)易位穿過(guò)蛋白質(zhì)納米孔

當(dāng)前研究的另一位通訊作者是Hagan Bayley博士，他是牛津大學(xué)化學(xué)生物學(xué)教授，也是牛津納米孔技術(shù)公司的聯(lián)合創(chuàng)始人。他指出，在單分子水平上精確定位和識(shí)別翻譯后修飾和其他蛋白質(zhì)變異的能力“對(duì)推進(jìn)我們對(duì)細(xì)胞功能和分子相互作用的理解有著巨大的希望。”他補(bǔ)充說(shuō)，這可能“為個(gè)性化醫(yī)療、診斷和干預(yù)開(kāi)辟新的途徑”。

該研究的作者強(qiáng)調(diào)，在單分子水平上分析細(xì)胞蛋白質(zhì)及其數(shù)百萬(wàn)變體的技術(shù)將揭示生物學(xué)以前未知的大量信息。

雖然人類(lèi)細(xì)胞含有大約20,000個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因，但在細(xì)胞中觀察到的蛋白質(zhì)的實(shí)際數(shù)量要大得多，已知的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)超過(guò)1,000,000種。這些變異是通過(guò)PTMs產(chǎn)生的，PTMs是蛋白質(zhì)從DNA轉(zhuǎn)錄后發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化。這些變化——比如在組成蛋白質(zhì)的單個(gè)氨基酸上添加化學(xué)基團(tuán)或碳水化合物鏈——會(huì)導(dǎo)致同一蛋白質(zhì)鏈產(chǎn)生數(shù)百種可能的變化。

這些變異在生物學(xué)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，通過(guò)精確調(diào)節(jié)單個(gè)細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜的生物過(guò)程。PTMs的映射將揭示大量有價(jià)值的信息，可能徹底改變我們對(duì)細(xì)胞功能的理解。

參考資料：

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