近期發(fā)表在《自然納米技術(shù)》期刊上的一項研究開發(fā)出一種基于熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）的單分子蛋白指紋技術(shù)，可以在單個完整蛋白質(zhì)分子中確定特定氨基酸和翻譯后修飾的位置。該技術(shù)名為FRET X，通過DNA交換實現(xiàn)FRET，能夠區(qū)分具有微小差異的蛋白質(zhì)，因其能夠在完整蛋白質(zhì)上定位殘基而具有這一能力。像FRET X這樣具有高靈敏度的蛋白質(zhì)形態(tài)識別方法，有望在蛋白質(zhì)組學(xué)研究和基于生物標志物的診斷領(lǐng)域開辟新的機會。

蛋白質(zhì)形態(tài)識別與FRET X技術(shù)：

蛋白質(zhì)形態(tài)的多樣性在生物學(xué)上具有重要意義，但當前的蛋白質(zhì)分析方法在區(qū)分不同形態(tài)的蛋白質(zhì)時效果不佳。只有在研究感興趣的蛋白質(zhì)的完整形態(tài)時，才能獲得準確的蛋白質(zhì)形態(tài)信息，例如通過涉及抗體等探針的親和力方法。然而，可用的探針數(shù)量可能導(dǎo)致這些方法具有有限的特異性。

盡管高分辨率的天然質(zhì)譜（MS）和其他自下而上的技術(shù)已經(jīng)證明了它們在分析蛋白質(zhì)形態(tài)剖面方面的有效性，但它們并不提供關(guān)于共同修飾序列的精確信息。替代的自上而下的碎片化實驗需要大量樣品、高純度水平和廣泛的數(shù)據(jù)分析。

荷蘭代爾夫特理工大學(xué)卡夫利納米技術(shù)研究所的研究人員開發(fā)了一種在單個分子水平上檢查完整蛋白質(zhì)的方法。由于保留了位置信息，具有相同質(zhì)量的結(jié)構(gòu)可以根據(jù)其不同的FRET效率輕松區(qū)分，在質(zhì)譜分析中可能無法區(qū)分這些結(jié)構(gòu)。

使用單分子FRET X逐個探測氨基酸可以實現(xiàn)亞納米級分辨率，從而實現(xiàn)對無序蛋白質(zhì)和折疊球形蛋白的指紋。通過使用機器學(xué)習(xí)分類器精確測量混合物中的各種形式，并確定兩個O-N-乙酰葡萄糖胺（O-GlcNAc）基團的位置，可以準確分析α-突觸核蛋白，這是一種結(jié)構(gòu)未知的蛋白質(zhì)。此外，F(xiàn)RET X指紋技術(shù)還與球形蛋白質(zhì)Bcl-2樣蛋白1、降鈣素原和S100A9得到了證實。

蛋白質(zhì)組學(xué)的范圍：

單分子蛋白質(zhì)組學(xué)面臨的一個障礙是細胞中不同蛋白質(zhì)種類的波動水平。由于蛋白質(zhì)組的廣泛變異范圍，涵蓋多個數(shù)量級，更常見的種類可能會掩蓋較少見的種類。由于其對單個分子的高靈敏度以及在單個視野中可以識別多種蛋白質(zhì)的能力，F(xiàn)RET X技術(shù)可以檢測甚至是最稀有的蛋白質(zhì)。

未來的優(yōu)化措施，如自動采集和掃描階段的實施，可以進一步提高吞吐量和靈敏度。另外，可以通過實施蛋白質(zhì)富集策略來應(yīng)對蛋白質(zhì)水平的廣泛變化范圍，以便專注于特定目標。對于當前的研究，指紋技術(shù)所需的標記蛋白質(zhì)少于飛圖摩爾；然而，研究人員建議通過利用可用的微流控技術(shù)，靈敏度可以增加一到兩個數(shù)量級。

參考文獻：Full-length single-molecule protein fingerprinting

編輯：周敏

排版：李麗