由北卡罗来纳大学医疗保健
信用:CC0公共领域
理解蛋白质在细胞中工作时如何弯曲、扭曲和变形，对于理解正常生物学和疾病非常重要
但是，由于缺乏良好的蛋白质成像方法，对蛋白质动力学的深入理解通常难以实现
现在，北卡罗来纳大学医学院的科学家们第一次发明了一种方法，可以使这一领域向前迈出一大步
《细胞》杂志的一篇论文中描述了科学家们的新“粘合剂标签”技术，该技术允许研究人员精确定位和跟踪处于所需形状或“构象”的蛋白质，并在活细胞内实时进行
科学家们在电影中展示了这项技术，该技术可以追踪一种重要信号蛋白的活性版本，在这种情况下，这种分子对细胞生长很重要
“还没有人能够开发出一种方法，能够以如此概括的方式完成这种方法所做的事情
所以我认为这可能会产生非常大的影响，”这项研究的合著者克劳斯·哈恩博士说
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罗纳德·G
瑟曼药理学特聘教授，北卡罗来纳大学医学院北卡罗来纳-奥林巴斯影像中心主任
这项工作是哈恩实验室和影像分析专家蒂莫西·埃尔斯顿博士的实验室合作完成的
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，北卡罗来纳大学医学院药理学教授和计算医学项目联合主任
拍摄非常小的 与所有生物成像技术一样，这种新方法解决了一个基本问题，即在活细胞中起作用的许多分子无法用普通光学显微镜直接精确地观察到
在蛋白质运作的尺度下，光以巨大的波流动，绕着物体弯曲，不能清晰地呈现物体
解决这个问题的一种方法，尤其是当蛋白质需要在它们正常的活细胞栖息地成像时，是用荧光信标标记目标蛋白质，这样至少可以直接用显微镜看到和捕获信标的光发射——例如，绘制特定蛋白质在细胞中工作的位置
一种被称为FRET(frst er共振能量转移)的技术，依赖于奇异的量子效应，将成对的这种信标嵌入目标蛋白质中，使得它们的光随着蛋白质构象的变化而变化
这允许对蛋白质在细胞内变形时的动力学进行一些研究
但是FRET和其他现有的方法有局限性，例如微弱的荧光信号，这极大地限制了它们的实用性
新的结合物标签方法始于在被研究的蛋白质中插入一个微小的分子“标签”，只有当含有标签的蛋白质具有某种形状或构象时，例如当蛋白质具有帮助细胞执行特定功能的活性时，才使用单独的分子与标签结合
在结合物和/或标签分子中放置适当的荧光信标有效地允许研究人员随着时间的推移对感兴趣的特定构象中的标签蛋白质的精确位置进行成像
活细胞中的单个分子
当它们改变颜色时，它们采用了一种新的构象，这是科学家以前看不到或研究不到的
学分:哈恩/埃尔斯顿，北卡罗来纳大学医学院 该方法兼容多种信标，包括比普通FRET所需的交互信标对更有效的信标
哈恩说，活页夹标签甚至可以更容易地用于构建FRET传感器
此外，粘合剂标签分子的选择使得细胞中没有任何东西可以与它们反应并干扰它们的成像作用
根据哈恩的说法，最终结果是一种稳健的技术，原则上可以处理以前遥不可及的各种蛋白质动力学研究，包括对细胞中稀疏存在的蛋白质的研究
在细胞论文中，哈恩和他的同事讨论了几个原理证明的演示
他们用新方法对一种重要的生长信号蛋白Src进行成像，以前所未有的细节揭示了它是如何形成微小的活动岛的
这反过来使研究人员能够分析影响蛋白质生物学作用的因素
哈恩说:“通过这种方法，我们可以看到，例如，一个细胞内的微环境差异是如何影响蛋白质的活动的，而且往往影响很深。”
现在，研究人员正在使用这项技术绘制其他重要蛋白质的动态图
他们还在做进一步的演示，展示如何定制binder-tag来捕捉非常多样的蛋白质结构和功能的动态，而不仅仅是像Src一样工作的蛋白质
科学家们设想，binder-tag最终将成为研究正常蛋白质、细胞中更大的多分子结构，甚至与阿尔茨海默氏症等疾病相关的功能失调蛋白质的一种基本技术
哈恩说:“对于许多与蛋白质相关的疾病，科学家们还不能理解为什么蛋白质开始做错事。”
“获得这种理解的工具还没有出现
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