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近日，華東理工大學光遺傳學與合成生物學交叉學科研究中心楊弋、朱麟勇、陳顯軍團隊在活細胞蛋白質標記與成像研究中取得重要進展，相關研究在《細胞發現》發表。
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人造熒光蛋白及熒光探針。華東理工供圖
生物過程可視化一直吸引著科學家的好奇心。不同類型的熒光成像工具可以幫助科學家觀察生命體中多種生物事件的發生過程，其中最著名的是熒光蛋白標記技術。熒光蛋白及其衍生技術經歷了近30年的飛速發展，為生物學各個領域的研究作出了極大貢獻，但伴隨著顯微鏡技術的飛速發展，現有熒光蛋白的性質已經難以適應新型儀器的成像要求。相比之下，基于蛋白質標簽和激活型熒光團的熒光標記工具憑借其理化性質成為新的研究熱點。
該團隊針對自催化蛋白質標簽SNAP-tag，設計開發了高信噪比的青色人造熒光蛋白SmFP485。SmFP485的熒光產生十分迅速，避免了熒光蛋白生色團成熟導致的延遲，因此可以用于實時監測蛋白質的合成過程。
研究團隊隨后對SmFP485的結構進行了解析，探究了人造熒光蛋白的熒光激活原理。在此基礎上，研究團隊通過化學進化方法設計出一系列光譜覆蓋綠色到近紅外波段的人造熒光蛋白，它們均具有高亮度和高信噪比特點，特別是其在近紅外波段的亮度已遠超現有成像工具，能夠對活細胞以及活體動物中的蛋白質表達、蛋白質降解、蛋白質組裝、蛋白質相互作用以及蛋白質運輸進行原位實時標記與成像。
最后，研究團隊在多色人造熒光蛋白的基礎上，采用蛋白質與熒光團共進化的方法設計開發出一系列光譜涵蓋青色到近紅外波段的鈣離子遺傳編碼熒光探針，實現了對哺乳動物細胞中鈣離子震蕩的實時監測，為熒光探針的構建提供了新的熒光載體。
綜上，研究團隊開發了一系列高性能人造熒光蛋白，它們具有熒光產生迅速、亮度高、信噪比高、光譜范圍廣等優點，為活細胞以及活體動物中蛋白質的可視化提供了有力工具，同時也為熒光探針的構建提供了新的思路和策略。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41421-023-00546-y