科學家在檢測蛋白質結構變化方面取得了重大突破

由牛津大學領導的一組科學家在檢測蛋白質結構變化方面取得了重大突破。該方法發表在《自然納米技術》雜志上，它采用創新的納米孔技術來識別單分子水平上的結構變化，甚至在長蛋白質鏈的深處。

人類細胞包含大約20,000個蛋白質編碼基因。然而，在細胞中觀察到的蛋白質的實際數量要多得多，已知有超過100萬種不同的結構。這些變異是通過一種被稱為翻譯后修飾(PTM)的過程產生的，這種過程發生在蛋白質從DNA轉錄后。PTM引入結構變化，如在組成蛋白質的單個氨基酸上添加化學基團或碳水化合物鏈。這導致同一蛋白質鏈產生數百種可能的變異。

這些變異在生物學中發揮著關鍵作用，通過精確調節單個細胞內復雜的生物過程。繪制這種變異圖譜將揭示大量有價值的信息，從而徹底改變我們對細胞功能的理解。但迄今為止，產生全面蛋白質清單的能力仍然是一個難以實現的目標。

為了克服這個問題，由牛津大學化學系的研究人員領導的一個團隊成功地開發了一種基于納米孔DNA/RNA測序技術的蛋白質分析方法。在這種方法中，水的定向流動捕獲并將3D蛋白質展開成線性鏈，這些線性鏈通過微小的孔，孔的寬度僅足以讓單個氨基酸分子通過。結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產生不同的干擾，使它們具有獨特的特征。

該團隊成功地證明了該方法在單分子水平上檢測超過1200個殘基長的蛋白質鏈的三種不同的PTM修飾(磷酸化，谷胱甘肽化和糖基化)的有效性。其中包括蛋白質序列深處的修飾。重要的是，該方法不需要使用標簽、酶或其他試劑。

根據研究小組的說法，這種新的蛋白質表征方法可以很容易地集成到現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清單。這可以促進即時診斷，實現與癌癥和神經退行性疾病等疾病相關的特定蛋白質變異的個性化檢測。

牛津大學化學系qingyujia教授是這項研究的主要作者，他說:“這種簡單而有力的方法開辟了許多可能性。”最初，它允許檢查單個蛋白質，例如與特定疾病有關的蛋白質。從長遠來看，這種方法有可能在細胞內創建更多的蛋白質變異清單，從而更深入地了解細胞過程和疾病機制。”

牛津納米孔技術公司的聯合創始人、牛津大學化學系教授Hagan Bayley補充說:“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變異的能力，對促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?！彼€可能為個性化醫療、診斷和治療干預開辟新的途徑?！?/p>

牛津納米孔技術公司是在貝利教授的研究基礎上于2005年成立的一家衍生公司，已成為下一代測序技術的領跑者。牛津納米孔公司的專利納米孔技術使科學家能夠使用便攜、廉價的設備快速地對核酸(DNA和RNA)進行測序，而標準測序通常需要專門的實驗室。牛津納米孔設備徹底改變了基礎和臨床基因組學，并在COVID-19大流行期間幫助追蹤新型冠狀病毒變體的傳播方面發揮了關鍵作用。

這項工作是與倫敦國王學院的機械生物學家Sergi Garcia-Maynes和弗朗西斯克里克研究所的研究小組合作進行的。

總結：

科學家們已經開發出一種突破性的方法來檢測基于納米孔技術的蛋白質結構變化。

蛋白質鏈通過工程納米孔輸送，通過微小電流的調制檢測到結構的細微變化。

這種方法可以改變我們對蛋白質變異如何與疾病相關的理解，并允許即時診斷。

文章標題

Enzyme-less nanopore detection of post-translational modifications within long polypeptides.