科學(xué)家在檢測蛋白質(zhì)結構變化方面取得了重大突破

由牛津大學(xué)領(lǐng)導的一組科學(xué)家在檢測蛋白質(zhì)結構變化方面取得了重大突破。該方法發(fā)表在《自然納米技術(shù)》雜志上，它采用創(chuàng )新的納米孔技術(shù)來(lái)識別單分子水平上的結構變化，甚至在長(cháng)蛋白質(zhì)鏈的深處。

人類(lèi)細胞包含大約20,000個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因。然而，在細胞中觀(guān)察到的蛋白質(zhì)的實(shí)際數量要多得多，已知有超過(guò)100萬(wàn)種不同的結構。這些變異是通過(guò)一種被稱(chēng)為翻譯后修飾(PTM)的過(guò)程產(chǎn)生的，這種過(guò)程發(fā)生在蛋白質(zhì)從DNA轉錄后。PTM引入結構變化，如在組成蛋白質(zhì)的單個(gè)氨基酸上添加化學(xué)基團或碳水化合物鏈。這導致同一蛋白質(zhì)鏈產(chǎn)生數百種可能的變異。

這些變異在生物學(xué)中發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用，通過(guò)精確調節單個(gè)細胞內復雜的生物過(guò)程。繪制這種變異圖譜將揭示大量有價(jià)值的信息，從而改變我們對細胞功能的理解。但迄今為止，產(chǎn)生全面蛋白質(zhì)清單的能力仍然是一個(gè)難以實(shí)現的目標。

為了克服這個(gè)問(wèn)題，由牛津大學(xué)化學(xué)系的研究人員領(lǐng)導的一個(gè)團隊成功地開(kāi)發(fā)了一種基于納米孔DNA/RNA測序技術(shù)的蛋白質(zhì)分析方法。在這種方法中，水的定向流動(dòng)捕獲并將3D蛋白質(zhì)展開(kāi)成線(xiàn)性鏈，這些線(xiàn)性鏈通過(guò)微小的孔，孔的寬度僅足以讓單個(gè)氨基酸分子通過(guò)。結構變化是通過(guò)測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產(chǎn)生不同的干擾，使它們具有不一樣的特征。

該團隊成功地證明了該方法在單分子水平上檢測超過(guò)1200個(gè)殘基長(cháng)的蛋白質(zhì)鏈的三種不同的PTM修飾(磷酸化，谷胱甘肽化和糖基化)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簽、酶或其他試劑。

根據研究小組的說(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(gè)細胞和組織的蛋白質(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。

牛津大學(xué)化學(xué)系qingyujia教授是這項研究的主要作者，他說(shuō):“這種簡(jiǎn)單而有力的方法開(kāi)辟了許多可能性。"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(cháng)遠來(lái)看，這種方法有可能在細胞內創(chuàng )建更多的蛋白質(zhì)變異清單，從而更深入地了解細胞過(guò)程和疾病機制。"

牛津納米孔技術(shù)公司的聯(lián)合創(chuàng )始人、牛津大學(xué)化學(xué)系教授Hagan Bayley補充說(shuō):“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(zhì)變異的能力，對促進(jìn)我們對細胞功能和分子相互作用的理解有著(zhù)巨大的希望。"它還可能為個(gè)性化醫療、診斷和治療干預開(kāi)辟新的途徑。"

牛津納米孔技術(shù)公司是在貝利教授的研究基礎上于2005年成立的一家衍生公司，已成為下一代測序技術(shù)的姣姣者。牛津納米孔公司的納米孔技術(shù)使科學(xué)家能夠使用便攜、廉價(jià)的設備快速地對核酸(DNA和RNA)進(jìn)行測序，而標準測序通常需要專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗室。牛津納米孔設備改變了基礎和臨床基因組學(xué)，并在19年肺炎大流行期間幫助追蹤病毒變體的傳播方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

這項工作是與倫敦國王學(xué)院的機械生物學(xué)家Sergi Garcia-Maynes和弗朗西斯克里克研究所的研究小組合作進(jìn)行的。

總結：

科學(xué)家們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種突破性的方法來(lái)檢測基于納米孔技術(shù)的蛋白質(zhì)結構變化。

蛋白質(zhì)鏈通過(guò)工程納米孔輸送，通過(guò)微小電流的調制檢測到結構的細微變化。

這種方法可以改變我們對蛋白質(zhì)變異如何與疾病相關(guān)的理解，并允許即時(shí)診斷。