【分析】揭开蛋白质研究的“荧光密码”——多色标记技术的新突破

幸福侠侣

蛋白质是生命的“工匠”，由20种天然氨基酸组成，承担着细胞中的各种功能，而蛋白质的数量、结构、位置以及彼此间相互作用等因素都能影响蛋白质的功能。要想深入研究这些特性，科学家常常依靠荧光成像技术，这是一种能让我们“看见”蛋白质活动的重要工具。

然而，蛋白质本身不会发光，科学家需要“给它们上颜色”。目前最常用的方法是通过遗传技术，让目标蛋白与“荧光蛋白”结合。这些荧光蛋白可以发出不同颜色的光，从而帮助研究人员在活细胞中实现多种蛋白质的同时成像。然而，荧光蛋白存在一些局限性，如体积大（约27 kDa），可能影响蛋白功能和定位，限制成像精度，同时亮度和稳定性也不如小分子荧光染料。

为了解决这些问题，科学家开发了结合生物正交反应和基因密码子扩展技术的方法。这种技术允许利用小分子荧光染料对蛋白质进行标记，从而既保持了染料的亮度和稳定性，又尽量减小对蛋白质功能的干扰。然而，标记多个目标蛋白依然面临技术挑战，因为每个蛋白都需要独特的反应体系。

近日，深圳湾实验室和英国卡迪夫大学合作在多色标记技术上取得突破。他们优化了一种称为TAMM缩合的化学反应（下图A），使其反应速度提高了1000倍以上。结合基因密码子扩展技术和序列特异性蛋白酶，他们成功实现了三种不同膜蛋白的特异性标记。更令人兴奋的是，这种技术还能与其他生物正交反应兼容，通过巧妙组合，可以实现四色荧光标记（下图B），达到一般共聚焦显微镜的成像颜色上限。这一突破意味着，生物正交反应不再限制蛋白质荧光成像的颜色数量，为多色成像研究开辟了新天地。另外，TAMM缩合也与常见的生物正交反应兼容，能同时用于小鼠，实现活体双色荧光标记和成像（下图C）。




这项研究不仅提升了荧光标记的效率和颜色数量，还为未来蛋白质研究和疾病机制探索提供了强有力的工具。或许有一天，我们能借助这些技术更清晰地看到细胞内的微观世界，从而揭示更多生命的奥秘。

这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上，文章的第一作者是首都医科大学博士研究生黄洋、卡迪夫大学博士研究生吴晨阳和深圳湾实验室科研助理陆安静，通讯作者是深圳湾实验室蔡羽轩和卡迪夫大学吴宜霖。

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A single bioorthogonal reaction for multiplex cell surface protein labeling
Yang Huang

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, Chengyang Wu

†

, Anjing Lu

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, Jingzhe Wang, Jian Liang, Han Sun, Liqing Yang, Shixiang Duan, Andrey A. Berezin, Chuanliu Wu, Bo Zhang, Yi-Lin Wu%2A, Yu-Hsuan Tsai%2AJ. Am. Chem. Soc. 2025, DOI: 10.1021/jacs.4c11701

导师信息
蔡羽轩
https://www.szbl.ac.cn/kxyj/kytd/cyx.htm
吴宜霖
https://profiles.cardiff.ac.uk/staff/wuyl




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