由牛津大學領導的一組科學家在檢測蛋白質(zhì)結構變化方面取得了重大突破。該方法發(fā)表在《自然納米技術》雜志上，它采用創(chuàng)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(zhì)鏈的深處。

人類細胞包含大約20,000個蛋白質(zhì)編碼基因。然而，在細胞中觀察到的蛋白質(zhì)的實際數(shù)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(chǎn)生的，這種過程發(fā)生在蛋白質(zhì)從DNA轉錄后。PTM引入結構變化，如在組成蛋白質(zhì)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(zhì)鏈產(chǎn)生數(shù)百種可能的變異。

這些變異在生物學中發(fā)揮著關鍵作用，通過精確調(diào)節(jié)單個細胞內(nèi)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，從而改變我們對細胞功能的理解。但迄今為止，產(chǎn)生全面蛋白質(zhì)清單的能力仍然是一個難以實現(xiàn)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(fā)了一種基于納米孔DNA/RNA測序技術的蛋白質(zhì)分析方法。在這種方法中，水的定向流動捕獲并將3D蛋白質(zhì)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(chǎn)生不同的干擾，使它們具有不一樣的特征。

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(zhì)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(zhì)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(jù)研究小組的說法，這種新的蛋白質(zhì)表征方法可以很容易地集成到現(xiàn)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(zhì)清單。這可以促進即時診斷，實現(xiàn)與癌癥和神經(jīng)退行性疾病等疾病相關的特定蛋白質(zhì)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(zhì)，例如與特定疾病有關的蛋白質(zhì)。從長遠來看，這種方法有可能在細胞內(nèi)創(chuàng)建更多的蛋白質(zhì)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(lián)合創(chuàng)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(zhì)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。"它還可能為個性化醫(yī)療、診斷和治療干預開辟新的途徑。"

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姣姣者。牛津納米孔公司的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。牛津納米孔設備改變了基礎和臨床基因組學，并在19年肺炎大流行期間幫助追蹤病毒變體的傳播方面發(fā)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(jīng)開發(fā)出一種突破性的方法來檢測基于納米孔技術的蛋白質(zhì)結構變化。

蛋白質(zhì)鏈通過工程納米孔輸送，通過微小電流的調(diào)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(zhì)變異如何與疾病相關的理解，并允許即時診斷。