生物物理所在金属蛋白设计方面获得新成果

基因编码非天然氨基酸扩展荧光蛋白发色团

3月29日，《德国应用化学》杂志在线发表了中国科学院生物物理研究所王江云课题组最新研究成果。该研究通过扩展基因密码子，实现了具有金属结合能力的非天然氨基酸8-羟基喹啉丙氨酸（HqAla）在活细胞中的基因编码。

基因编码具有金属离子结合能力的非天然氨基酸对于酶工程及机理研究、设计蛋白质传感器，以及利用顺磁共振研究蛋白质动态构象变化而言，是一个有力的研究工具。为了进一步增强结合金属离子的能力和增加结合金属离子的种类，研究人员合成了金属离子螯合能力更强的8-羟基喹啉丙氨酸（HqAla）。研究表明，该化合物结合铜离子能力达到了0.1 fM。通过扩展基因密码子，研究首次实现了HqAla在活细胞中的编码，在sfGFP、sfYFP、PsmOrange及eqFP650荧光蛋白的发色团中心编码该非天然氨基酸，发现以上荧光蛋白的最大发射波长均红移30 nm左右。eqFP650-67-HQAla蛋白的最大发射波长红移至680 nm，是迄今为止报道的发射波长最为红移的荧光蛋白。

这些蛋白突变体将可能被作为体内成像研究的标记物，增加探测的灵敏度，进而进行深层组织成像或者作为荧光能量共振转移传感器的元件。在活细胞中编码该非天然氨基酸可作为锌离子选择性传感器，敏感特异的锌离子感应器使得人们能够更深入地研究锌离子对生命活动的调控机理。由于该氨基酸具有更强的铜离子结合能力，是先前报道的3-吡唑酪氨酸的九百万倍，8-羟基喹啉丙氨酸是比3-吡唑酪氨酸更优良的光致电子传递探针，提供了研究蛋白中的电子传递的有力工具。

本研究的另外一个创新点是通过进化酪氨酸酚解酶，实现了HqAla氨基酸一步且高效的酶转化合成方法。该化合物可以容易地在任何生物或化学实验室中制备，为该化合物作为研究工具提供了便利条件。

该研究为设计蛋白传感器提供了新的策略和手端，为利用顺磁共振研究蛋白质动态构象变化提供了有力的工具，为金属蛋白的理性设计提供了有力的研究工具。

本论文的共同第一作者为刘晓红副研究员及博士研究生李家松。该研究得到科技部国家重点基础研究973计划、国家自然科学基金委和中国科学院的资助。