摘要：科學家已經(jīng)開發(fā)出一種納米孔測序方法，通過監(jiān)測線性化蛋白質(zhì)流過納米孔時產(chǎn)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(fā)了一種納米孔技術，可以識別單個蛋白質(zhì)中的三種不同的翻譯后修飾(PTMs)，甚至可以識別長蛋白質(zhì)鏈的深處?？茖W家們斷言，他們的技術“為編制細胞和組織中的蛋白質(zhì)形態(tài)清單奠定了基礎。"
這項技術發(fā)表在《Nature Nanotechnology》雜志上。該論文指出，單分子的蛋白質(zhì)形態(tài)鑒定需要長多肽鏈結(jié)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(tài)納米孔或大尺寸蛋白質(zhì)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(nèi)檢測。
圖1 新型納米孔測序方法通過監(jiān)測線性化蛋白質(zhì)流過納米孔時產(chǎn)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(zhì)成線性鏈，并讓它們通過剛好足夠?qū)挼目?，允許單個氨基酸通過。結(jié)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(空格)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(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(jù)研究小組的說法，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(zhì)清單。這可以促進即時診斷，實現(xiàn)與癌癥和神經(jīng)退行性疾病等疾病相關的特定蛋白質(zhì)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?！白畛?，它允許檢查單個蛋白質(zhì)，例如與特定疾病有關的蛋白質(zhì)。從長遠來看，這種方法有可能在細胞內(nèi)創(chuàng)建更多的蛋白質(zhì)變異清單，從而更深入地了解細胞過程和疾病機制。"
圖2 Trx連接子多聯(lián)體經(jīng)電滲驅(qū)動易位穿過蛋白質(zhì)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(lián)合創(chuàng)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(zhì)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(yī)療、診斷和治療干預開辟新的途徑"。
該研究的作者強調(diào)，在單分子水平上分析細胞蛋白質(zhì)及其數(shù)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(zhì)編碼基因，但在細胞中觀察到的蛋白質(zhì)的實際數(shù)量要大得多，已知的蛋白質(zhì)結(jié)構超過1,000,000種。這些變異是通過PTMs產(chǎn)生的，PTMs是蛋白質(zhì)從DNA轉(zhuǎn)錄后發(fā)生的結(jié)構變化。這些變化——比如在組成蛋白質(zhì)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(zhì)鏈產(chǎn)生數(shù)百種可能的變化。
這些變異在生物學中發(fā)揮著關鍵作用，通過精確調(diào)節(jié)單個細胞內(nèi)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(空格)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
