科學(xué)家們首次成功地實(shí)時(shí)測(cè)量了人體細(xì)胞中重要信使物質(zhì)一氧化氮(NO)濃度的變化。這項(xiàng)突破已發(fā)表在Nature Communications雜志上，它是通過(guò)融合兩種特殊蛋白質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這兩種特殊蛋白質(zhì)可作為測(cè)量探針。融合蛋白可以進(jìn)行遺傳編碼，因此可以直接在待測(cè)細(xì)胞中產(chǎn)生。這一發(fā)展為全面了解NO動(dòng)力學(xué)鋪平了道路，NO在心血管，神經(jīng)和免疫系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。

自從發(fā)現(xiàn)其在勃起功能障礙中的作用以來(lái)，它已經(jīng)上升 - 認(rèn)識(shí)到一氧化氮(NO)作為心血管，神經(jīng)和免疫系統(tǒng)中重要功能的調(diào)節(jié)劑。然而，到目前為止，不可能直接實(shí)時(shí)測(cè)量其細(xì)胞濃度。在奧地利科學(xué)基金FWF的資助下，由格拉茨醫(yī)科大學(xué)分子生物學(xué)和生物化學(xué)研究所Roland Malli領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組現(xiàn)已成功實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。

熒光蛋白

該團(tuán)隊(duì)生產(chǎn)出一種熒光蛋白，當(dāng)它與NO結(jié)合時(shí)，熒光會(huì)發(fā)生變化。熒光的變化取決于NO的濃度; 它也是可逆的，并且這個(gè)過(guò)程或多或少地實(shí)時(shí)展開。因此，它滿足了使細(xì)胞內(nèi)測(cè)量NO動(dòng)力學(xué)所需的所有條件。Malli和他的團(tuán)隊(duì)成功地測(cè)量了不同類型細(xì)胞的這些動(dòng)態(tài)。對(duì)它們進(jìn)行遺傳修飾，使得它們自身產(chǎn)生新蛋白質(zhì)，并且可以基于細(xì)胞發(fā)出的熒光測(cè)量NO濃度。

嵌合體

與NO結(jié)合的蛋白質(zhì)具有高度特異性，對(duì)該組的研究至關(guān)重要。“我們考慮將這種與NO結(jié)合的蛋白質(zhì)與天然熒光蛋白質(zhì)融合在一起。換句話說(shuō)，要?jiǎng)?chuàng)造一種既能結(jié)合NO又發(fā)熒光的嵌合新蛋白質(zhì)”，Malli解釋說(shuō)。假設(shè)新蛋白質(zhì)的熒光在與NO結(jié)合時(shí)會(huì)發(fā)生變化。計(jì)算機(jī)模擬證實(shí)，這是非常特殊的蛋白質(zhì)組合的情況。

玩弄蛋白質(zhì)

基于模擬，Malli開始制作一些新的蛋白質(zhì)。所有這些蛋白質(zhì)中的NO結(jié)合成分來(lái)自細(xì)菌蛋白質(zhì)叫做NorR。這是所謂的轉(zhuǎn)錄因子，其充當(dāng)NO信號(hào)和遺傳存儲(chǔ)信息的激活之間的中介。Malli解釋了使用細(xì)菌蛋白質(zhì)的優(yōu)勢(shì)如下：“這很可能對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞影響不大，我們想測(cè)量NO。” 然后，該團(tuán)隊(duì)將NorR的一部分與五種不同的熒光蛋白合并，后者是NO結(jié)合的特異性負(fù)責(zé)。被稱為“遺傳編碼的NO探針”(geNOps)的融合蛋白實(shí)際上是以這樣的方式產(chǎn)生的，即它們快速導(dǎo)入細(xì)胞的遺傳信息導(dǎo)致功能性NO探針的生物合成。

少即是多

Malli本人對(duì)不同geNOps的有效性感到驚訝：“正如預(yù)期的那樣，NO的結(jié)合導(dǎo)致熒光的減少 - 即猝滅。可以清楚地測(cè)量效果，其強(qiáng)度直接取決于NO濃度。此外，NO結(jié)合易于逆轉(zhuǎn)，這意味著可以非?？焖俚販y(cè)量細(xì)胞NO濃度的變化。這是一個(gè)真正夢(mèng)幻般的進(jìn)步!“

專利技術(shù)

基于此，Malli和他的團(tuán)隊(duì)能夠測(cè)量細(xì)胞區(qū)室中的NO濃度，如線粒體。此外，他們將geNOps的使用與細(xì)胞中鈣濃度的測(cè)量相結(jié)合，并且以這種方式，能夠以高時(shí)間分辨率證明信使物質(zhì)NO和鈣的活性之間的聯(lián)系。geNOPs的開發(fā)已經(jīng)獲得專利并且在FWF的支持下成為可能，預(yù)示著一氧化氮測(cè)量的新的曙光及其對(duì)個(gè)體細(xì)胞水平的廣泛生理影響。