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天津大學(xué)綠色熒光蛋白研究成果登Nature子刊
點(diǎn)擊次數(shù)：1765 發(fā)布時(shí)間：2012-10-19
來(lái)自天津大學(xué)，南開大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的研究人員發(fā)表文章報(bào)道稱增強(qiáng)型綠色熒光蛋白的熒光會(huì)由于激光而被關(guān)閉，這種特殊的激光即飛秒激光，是人類目前在實(shí)驗(yàn)室條件下所能獲得zui短脈沖的技術(shù)手段，研究人員還通過(guò)癌細(xì)胞的系列離子進(jìn)程驗(yàn)證了這一點(diǎn)，相關(guān)成果公布在Nature Photonics雜志（影響因子為29.2）上。
文章的通訊作者是天津大學(xué)的王清月教授，以及賀號(hào)副教授（同時(shí)也是*作者），其他研究人員包括南開大學(xué)生命科學(xué)院曹又佳教，天津大學(xué)博士研究生王劭陽(yáng)，胡明列教授，研究得到了國(guó)家科技部973計(jì)劃和自然科學(xué)基金委的資助。
綠色熒光蛋白（Green fluorescent protein，GFP）是生物化學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)研究中常用到的一種探索蛋白，這種蛋白能通過(guò)光激發(fā)發(fā)出熒光，指示基因表達(dá)，所以被稱為報(bào)告基因。之前華裔科學(xué)家錢永健曾由于這一領(lǐng)域的研究獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
激發(fā)GFP的光一般是激光，而此項(xiàng)研究采用了一種稱為飛秒激光的光源，飛秒激光是一種以脈沖形式運(yùn)轉(zhuǎn)的激光，持續(xù)時(shí)間非常短，只有幾個(gè)飛秒，一飛秒就是10的負(fù)15次方秒，也就是1/1000萬(wàn)億秒，它比利用電子學(xué)方法所獲得的zui短脈沖要短幾千倍。飛秒激光是人類目前在實(shí)驗(yàn)室條件下所能獲得zui短脈沖的技術(shù)手段，由于具有快速和高分辨率特性，在病變?cè)缙谠\斷、醫(yī)學(xué)成象和生物活體檢測(cè)、外科醫(yī)療及超小型衛(wèi)星的制造上都有其*的優(yōu)點(diǎn)和不可替代的作用。
在這篇文章中，研究人員在之前研究的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)一定參數(shù)的飛秒激光對(duì)細(xì)胞的刺激可以排空內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的鈣存儲(chǔ)，從而使得細(xì)胞膜上鈣通道的打開。這是世界上實(shí)現(xiàn)了激光對(duì)于鈣存儲(chǔ)調(diào)控的鈣通道（CRAC）的控制。
并且研究還通過(guò)進(jìn)一步的研究表明細(xì)胞內(nèi)的鈣濃度異常升高會(huì)導(dǎo)致活性氧自由基簇的升高，從而使得GFP被氧化漂白，這種漂白來(lái)自于GFP蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)光基團(tuán)的變化。
由此研究人員指出，通過(guò)癌細(xì)胞相互作用時(shí)一系列離子過(guò)程的變化，證明了飛秒激光可以調(diào)控這些變化，并且這種可控性可以對(duì)細(xì)胞內(nèi)表達(dá)的綠色熒光蛋白在綠-紅熒光轉(zhuǎn)換中起到的調(diào)控作用。從而證實(shí)飛秒激光可以可控性地定量調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的多種離子，對(duì)于未來(lái)的光控細(xì)胞過(guò)程和疾病治療具有重要價(jià)值。
綠色熒光蛋白的改造道路漫長(zhǎng)又重要，錢永健曾完成了單點(diǎn)突變（S65T）。這個(gè)突變顯著提高了GFP的光譜性質(zhì)，熒光強(qiáng)度和光穩(wěn)定性也大大增強(qiáng)。之后研究人員還研發(fā)出了藍(lán)色熒光蛋白（EBFP, EBFP2, Azurite, mKalama1）、青色熒光蛋白（ECFP, Cerulean, CyPet）和黃色熒光蛋白（YFP, Citrine, Venus, Ypet），紅外線熒光蛋白。
而利用激光來(lái)檢測(cè)細(xì)胞膜上的蛋白和其它多種生物分子也是取得了不少成功，例如去年范德比爾特大學(xué)研究人員開發(fā)出一種新型激光技術(shù)，可檢測(cè)細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)和其它多種生物分子之間的相互反應(yīng)。這種檢測(cè)將在藥物開發(fā)進(jìn)程中發(fā)揮重要作用。
原文摘要：
Manipulation of cellular light from green fluorescent protein by a femtosecond laser
Green fluorescent protein （GFP） is one of the most widely studied and exploited proteins in biochemistry and cell biology1. It emits fluorescence following optical excitation, which is usually provided by a laser2, 3. Here, we report that fluorescence from enhanced GFP can be ‘turned off’ by exposing cells to laser light. A short flash of femtosecond laser light is shown to deplete calcium in the endoplasmic reticulum of cells. Calcium-release-activated calcium channels are then activated by stromal interaction molecule 1 （STIM1）. The rise in intracellular Ca2+ depolarizes mitochondria and increases the leakage of reactive oxygen species, which then permanently bleach the GFP. This controllable optical scheme for reactive oxygen species generation can also be used to modulate the photoconversion4 of GFP fluorescence from green to red emission and provide a mechanism for influencing cellular molecular dynamics.