超越GFP？我们对新型的荧光蛋白 CagFbFP满怀期待！

来源：brainnews

几十年来，荧光蛋白如GFP的使用一直是生物分析的支柱，甚至获得了诺贝尔奖。虽然这些分子非常适合实验室使用，但它们确实有局限性，因为它们易高温变性，蛋白质结构庞大，并且仅在氧存在下才发光。 

然而现在，来自莫斯科物理和技术研究所的生物物理学家与来自法国和德国的科学家一起创造了一种新的荧光蛋白。除了在紫外线和蓝光照射下发光外，这种新分子非常小，在高温下稳定。

最近发表在 Photochemical & Photobiosciences 杂志上的一篇题为 A thermostable flavin-based fluorescent protein from Chloroflexus aggregans: a framework for ultra-high resolution structural studies 的新研究结果表明，该新型蛋白为荧光显微镜技术带来了新的前景。

Vera Nazarenko et al.

荧光显微术是一种依靠激发荧光来研究活组织的方法。在暴露于特定波长的激光辐射之后，一些蛋白质发射不同波长的光。这种诱发的"发光"可以使用特殊的显微镜进行分析。 

研究人员通过基因工程将这种荧光蛋白附加到其他蛋白上，使后者在显微镜下可见，并观察它们在细胞中的行为。此外，长时间暴露（在激发光下）会加热荧光蛋白如GFP等，缩短它们的可见寿命。

新型荧光蛋白的三维结构 [Vera Nazarenko et al.]

"我们的蛋白质比它的类似物更热稳定：它仅在68摄氏度时变性。“该论文的第一作者，来自 MIPT 膜系统结构分析与工程实验室的 Vera Nazarenko 说。"它也是微型的，而目前使用的大多数荧光蛋白体积相当大。最重要的是，它可以在没有氧气的情况下发光。"

研究小组最初在嗜热细菌（即生活在高温环境中的细菌，如温泉）的细胞中发现了具有这些出色特性的蛋白质。研究人员随后对 DNA 序列进行了基因工程改造，复制了蛋白质的荧光片段，但没有复制其他部分，因为这会使分子变得更大。

通过将编码该蛋白的基因导入另一种细菌——大肠杆菌的细胞中，研究小组将其作为大规模生产这种具有特殊特性荧光蛋白的工厂。

作者写道："我们设计了一种分子量小的基于黄素的热稳定荧光蛋白 CagFbFP，基于自嗜热细菌 Chloroflexus aggans 的可溶性含 LOV 结构域的组氨酸激酶。" CagFbFP 由107个氨基酸组成，分子量为 11.6kDa，仅由保守的 LOV 核心结构域组成。该蛋白是热稳定的，熔点约为68°C。它易于结晶，晶体衍射至 1.07ε。晶体结构和小角散射数据都表明蛋白质是二聚体。

进行活细胞生化反应的研究人员长期以来一直在等待着拥有这些关键特征的蛋白质。通过将其引入细胞，它们现在可以获得关于细胞状态和凋亡的基本数据。例如荧光显微镜被认为是研究恶性肿瘤发生和发展机制的最好工具之一。这对于细胞信号传导和器官发育的研究也是有用的（包括神经科学的研究）。

"总的来说，由于其稳定性和易于结晶，该蛋白似乎是用于 LOV 结构域的超高分辨率结构研究和用作荧光报告基因应用的有前景的模型，"作者总结道。

参考资料：

Nazarenko V, Remeeva A, Yudenko A, et al. Thermostable flavin-based fluorescent protein from Chloroflexus aggregans: a framework for ultra-high resolution structural studies[J]. Photochemical & Photobiological Sciences, 2019.