靶向探针精确操纵蛋白质

北京大学化学与分子工程学院的陈鹏教授正在做实验。

■本报记者甘晓

蛋白质作为生物体内含量最高的一种生物大分子，是生物功能的主要执行者，在各种生命活动中起着关键作用。科学家们一直在探索适合生活环境的蛋白质操纵工具，以实现对靶蛋白结构和功能的深入研究，这已成为化学生物学领域的前沿热点之一。

在国家自然科学基金重大项目“基于化学小分子探针的信号转导过程研究”的支持下，科学家们在“蛋白质靶向探针的发现及其在信号转导研究中的应用”方面取得了一些进展。

北京大学化学与分子工程学院的陈鹏教授认为，中国的许多研究小组已经通过化学解封闭技术、双光子和近红外调控技术以及靶向小分子探针等策略实现了细胞内蛋白质的特异性激活，并研究了细胞信号转导过程的分子机制。

在化学解封闭技术方面，陈鹏研究小组将非天然氨基酸定点插入技术与生物正交“化学解封闭”反应相结合，提出了小分子激活剂合理设计的新策略。例如，蛋白激酶介导的磷酸化是细胞信号转导的关键过程，对大多数生理活动有重要影响，但许多激酶在正常生理和病理条件下的分子机制仍不清楚。使用小分子激活剂可以在激酶的信号转导研究中获得新的信息。“我们激活了活细胞中的‘效应蛋白OspF’，发现这种蛋白使细胞核中的‘磷酸化Erk蛋白’经历由不可逆去磷酸化介导的‘核物质转运’现象。”陈鹏说。

近年来，蛋白质光控制技术已经成为研究细胞信号转导的另一个有力工具。其中，与紫外光激发的探针相比，双光子激发的探针可以大大降低细胞毒性，具有广阔的应用前景。清华大学刘雷课题组以蛋白质化学合成为核心技术，开发了针对免疫蛋白质的光控探针，并利用新开发的蛋白质探针研究了免疫细胞在精确时空刺激下的定向运动。该探针将为理解和控制活组织中的细胞定位以及与定位相关的细胞生命活动提供理想的分子工具。北京大学的陈星研究小组开发了一种利用近红外光激活和调节细胞信号转导途径的新方法。

在目标蛋白的产生和降解方面，华东理工大学的杨毅研究小组利用天然光敏元件构建了一个使用方便的光控基因表达系统。在实验中，研究人员利用光在时间和空间上精确控制活细胞或动物的蛋白质生产水平，成功地控制了糖尿病小鼠的胰岛素生产和血糖浓度。

清华大学李艳梅研究小组采用可调蛋白降解策略来降低细胞中靶蛋白的水平，以达到降低其活性的目的。研究人员采用了“识别-切割”策略来调节与阿尔茨海默病相关的重要“非酶蛋白τ”的含量，这是由于这些蛋白的含量异常增加。

在超高亮度光激活荧光蛋白方面，研究人员围绕开发具有较高亮度和转化效率的荧光蛋白突变体这一难题开展了大量工作。中国科学院生物物理研究所徐涛课题组设计了一种新型单体光激活荧光蛋白，并成功应用于活细胞的超分辨率显微成像。在实验中，研究人员分析了目前光子输出信号最高的荧光蛋白的晶体结构，发现其在亮度、稳定性、光子负载等方面具有最佳的综合性能，有望作为超分辨率显微成像的新探针。

中国科学新闻(第六版基金，2016年11月28日)