荧光蛋白

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来自莫斯科的研究人员培育出一种深红色的荧光蛋白质,这种蛋白质发出的光穿透性极强,即使蛋白质位于小动物体内深处,其发出的光也可以穿透生物体被外界看到,这使生物学家能够更方便地监视活生物体的发病和康复过程,而不用侵入式地进行研究。这一最新研究成果公布在《Nature Methods》在线版上。

荧光蛋白在某种定义下可以说是革新了生物学研究——运用荧光蛋白可以观测到细胞的活动,可以标记表达蛋白,可以进行深入的蛋白质组学实验等等。特别是在癌症研究的过程中,由于荧光蛋白的出现使得科学家们能够观测到肿瘤细胞的具体活动,比如肿瘤细胞的成长、入侵、转移和新生。

最早出现的绿色荧光蛋白(green fluorescent protein,GFP)是由下村修等人在1962年在一种学名Aequorea victoria的水母中发现,之后又在海洋珊瑚虫中分离得到了第二种GFP。其中水母GFP是由238氨基酸组成的单体蛋白质,分子量约27KD,GFP荧光的产生主要是在氧气存在下,分子内第67位的甘氨酸的酰胺对第65位丝氨酸的羧基的亲核攻击形成第5位碳原子咪唑基,第66位酪氨酸的α-2β键脱氢反应之后,导致芳香团与咪唑基结合,这样GFP分子中就形成对羧基苯甲酸唑环酮生色团发出荧光。在搞清楚了这一原理后,GFP被广泛的应用到生物学研究种了,各个厂家如Promega公司、Stratagene公司(包括来自香港中文大学的橙色蛋白制备技术)、Clontech公司(现属Takara公司)等都出产了相应的产品。

但此前穿透性最强的荧光蛋白质也不能帮助研究者看到活体生物体皮下更深层的状况。现在,随着俄罗斯科学院的Dmitriy Chudakov最近培育出穿透性极强的深红色荧光蛋白质,利用荧光蛋白质进行的生物研究领域将出现重大突破。

Chudakov是抓住一个偶然的机会从而培育出这种穿透性超强的深红色荧光蛋白质的。他的一个同事在逛莫斯科宠物商店时发现了一只颜色深红的海葵,出于职业的直觉,他将海葵带了回来;然后,他们对海葵的荧光蛋白质分子进行诱变,最终得到了一种能够在生物体内稳定存在,同时能发出更明亮红光的蛋白质。Chudakov已在人体细胞和青蛙身上测试了这种新的荧光蛋白质。在动物实验中,他发现从外界就可以明显看到这种深红色荧光蛋白质从小动物肌肉组织深处发出的亮光,而同种处于肌肉组织深处的一般荧光蛋白质发出的光则几乎看不见,Chudakov准备下一步在白鼠身上实验这种荧光蛋白质。

斯坦福大学分子影象中心的科学家Zhen Cheng对这项发现评价道:“红色光对生物体组织的穿透性远胜于其他颜色,正因为此,目前有很多科研人员都在努力培育具有高稳定性的红色荧光蛋白质,但截至目前尚没有哪一个比Chudakov培育出的荧光蛋白质更稳定、更明亮,Chudakov培育出的这种深红色荧光蛋白质将大大提高生物体活体成像的质量,并在实时追踪活生物体内深层组织的分子活动上得到广泛的应用”。

同一般荧光蛋白质相比,这种深红色荧光蛋白质能释放出波长更长的光,因而能更好地用于活体动物内脏的深度成像,从而有助于研究人员在活生物体身上非侵入式地进行癌细胞发展和治疗过程的实时研究,使我们对癌症等疾病的发病过程有更深入的了解。而一般荧光蛋白质由于穿透性比较弱,研究人员研究时不得不将肿瘤移植到皮下浅层或其他模拟环境下(如活体解剖成像或活体组织切片成像)进行研究。此前最为成功的荧光蛋白质是一种增强的绿色荧光蛋白质,但其稳定性差,光的穿透性也不如新发现的深红色荧光蛋白质好。

Cheng还预测道,深红色荧光蛋白质可能最终会用于临床治疗。尽管深红色荧光蛋白质的光不足以对整个人体进行成像,但可能应用于对人体皮下相对浅层肿瘤的成像,如黑色素瘤乳腺癌

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