SCFP3A的結(jié)構(gòu)特征
自20世紀(jì)90年代初伊始，熒光蛋白就成為了生物科學(xué)領(lǐng)域重要的研究工具之一，近日來(lái)自法國(guó)讓?皮埃爾?埃貝爾結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究所的Antoine Royant研究小組和來(lái)自荷蘭及英國(guó)的科學(xué)家展開(kāi)了合作，設(shè)計(jì)出了一種新型的熒光蛋白分子，新熒光分子可在活細(xì)胞中發(fā)射亮度高3倍的藍(lán)綠色光，大大提高了細(xì)胞成像技術(shù)的敏感性，從而可以幫助實(shí)現(xiàn)更高分辨率的活體內(nèi)生物過(guò)程成像。這一研究成果發(fā)表在3月20日的《自然通訊》（Nature Communications）雜志上。
科學(xué)家們通常將CFPs連接到參與內(nèi)部或構(gòu)象改變的蛋白質(zhì)上，借以觀測(cè)或細(xì)胞內(nèi)大量的生物進(jìn)程。研究人員利用藍(lán)光照射細(xì)胞使細(xì)胞內(nèi)的CFP蛋白發(fā)射出特征性的藍(lán)綠色光從而幫助定位細(xì)胞內(nèi)CFP，確定觀察目標(biāo)。然而這些分子長(zhǎng)期都存在的一種缺陷就是熒光水平太弱，僅有36%的藍(lán)光轉(zhuǎn)換為了藍(lán)綠色光。
為了獲得更高的亮度，提高熒光成像的敏感度，來(lái)自法國(guó)讓?皮埃爾?埃貝爾結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究所的Antoine Royant研究小組和來(lái)自荷蘭及英國(guó)的科學(xué)家展開(kāi)了合作。
首先來(lái)自法國(guó)和英國(guó)牛津大學(xué)的科學(xué)家利用歐洲同步輻射裝置(ESRF)的高亮X-射線束，揭示了CFPs如何存儲(chǔ)進(jìn)入能量及以熒光形式再傳送能量的精微細(xì)節(jié)：他們生成了大量不同的改良CFPs的微小晶體，解析了它們的分子結(jié)構(gòu)。借助于這些結(jié)構(gòu)研究人員揭示出了鄰近CFP發(fā)光復(fù)合物——發(fā)色團(tuán) (chromophore)的精細(xì)機(jī)制。“我們了解了CFPs內(nèi)單個(gè)原子的功能，并能**地指出需要修飾或提高熒光量的分子部分，”ESRF的David von Stetten說(shuō)。
與此同時(shí)，由荷蘭科學(xué)家Theodorus Gadella領(lǐng)導(dǎo)的研究小組也利用**的篩查技術(shù)研究了數(shù)百種修飾的CFP分子，對(duì)這些分子在顯微鏡下的熒光壽命進(jìn)行了測(cè)量以尋找可提高這些性能的因素。
通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，終科學(xué)家們獲得了一種稱之為mTurquoise2.的新型CFP分子。結(jié)構(gòu)生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)的研究結(jié)果顯示mTurquoise2的熒光效率達(dá)到了93%。利用這種新型的分子，科學(xué)家們可以****的靈敏度研究活細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)互作。
“有了這種新型蛋白，現(xiàn)在可以從前未能獲得的精細(xì)度開(kāi)展大量研究。此外，由于新方法還將蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力納入了其中，使得科學(xué)家們滿懷希望能夠設(shè)計(jì)出更多發(fā)射不同顏色熒光的改良蛋白來(lái)用于其他的應(yīng)用，”Antoine Royant說(shuō)。
青色熒光蛋白（CFPs）被廣泛應(yīng)用于細(xì)胞生物學(xué)中，自20世紀(jì)90年代初伊始，熒光蛋白就成為了生物科學(xué)領(lǐng)域重要的研究工具之一，幫助觀察從前無(wú)法看到生物過(guò)程，例如大腦中神經(jīng)細(xì)胞的發(fā)育、癌細(xì)胞的擴(kuò)散等。2008年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了發(fā)現(xiàn)和推廣這一技術(shù)的科學(xué)家。此次研發(fā)出來(lái)的新型的分子，可以使科學(xué)家以****的靈敏度研究活細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)互作，進(jìn)一步推動(dòng)了青色熒光蛋白的應(yīng)用技術(shù)。（生物幫bio1000.com）
原文摘要：
Structure-guided evolution of cyan fluorescent proteins towards a quantum yield of 93%
Cyan variants of green fluorescent protein are widely used as donors in F?rster resonance energy transfer experiments. The popular, but modestly bright, Enhanced Cyan Fluorescent Protein (ECFP) was sequentially improved into the brighter variants Super Cyan Fluorescent Protein 3A (SCFP3A) and mTurquoise, the latter exhibiting a high-fluorescence quantum yield and a long mono-exponential fluorescence lifetime. Here we combine X-ray crystallography and excited-state calculations to rationalize these stepwise improvements. The enhancement originates from stabilization of the seventh β-strand and the strengthening of the sole chromophore-stabilizing hydrogen bond. The structural analysis highlighted one suboptimal internal residue, which was subjected to saturation mutagenesis combined with fluorescence lifetime-based screening. This resulted in mTurquoise2, a brighter variant with faster maturation, high photostability, longer mono-exponential lifetime and the highest quantum yield measured for a monomeric fluorescent protein. Together, these properties make mTurquoise2 the preferable cyan variant of green fluorescent protein for long-term imaging and as donor for F?rster resonance energy transfer to a yellow fluorescent protein.
