科学家在检测蛋白质结构变化方面取得了重大突破

由牛津大学领导的一组科学家在检测蛋白质结构变化方面取得了重大突破。该方法发表在《自然纳米技术》杂志上，它采用创新的纳米孔技术来识别单分子水平上的结构变化，甚至在长蛋白质链的深处。

人类细胞包含大约20,000个蛋白质编码基因。然而，在细胞中观察到的蛋白质的实际数量要多得多，已知有超过100万种不同的结构。这些变异是通过一种被称为翻译后修饰(PTM)的过程产生的，这种过程发生在蛋白质从DNA转录后。PTM引入结构变化，如在组成蛋白质的单个氨基酸上添加化学基团或碳水化合物链。这导致同一蛋白质链产生数百种可能的变异。

这些变异在生物学中发挥着关键作用，通过精确调节单个细胞内复杂的生物过程。绘制这种变异图谱将揭示大量有价值的信息，从而彻底改变我们对细胞功能的理解。但迄今为止，产生全面蛋白质清单的能力仍然是一个难以实现的目标。

为了克服这个问题，由牛津大学化学系的研究人员领导的一个团队成功地开发了一种基于纳米孔DNA/RNA测序技术的蛋白质分析方法。在这种方法中，水的定向流动捕获并将3D蛋白质展开成线性链，这些线性链通过微小的孔，孔的宽度仅足以让单个氨基酸分子通过。结构变化是通过测量施加在纳米孔上的电流的变化来确定的。不同的分子在电流中产生不同的干扰，使它们具有独特的特征。

该团队成功地证明了该方法在单分子水平上检测超过1200个残基长的蛋白质链的三种不同的PTM修饰(磷酸化，谷胱甘肽化和糖基化)的有效性。其中包括蛋白质序列深处的修饰。重要的是，该方法不需要使用标签、酶或其他试剂。

根据研究小组的说法，这种新的蛋白质表征方法可以很容易地集成到现有的便携式纳米孔测序设备中，使研究人员能够快速建立单个细胞和组织的蛋白质清单。这可以促进即时诊断，实现与癌症和神经退行性疾病等疾病相关的特定蛋白质变异的个性化检测。

牛津大学化学系qingyujia教授是这项研究的主要作者，他说:“这种简单而有力的方法开辟了许多可能性。”最初，它允许检查单个蛋白质，例如与特定疾病有关的蛋白质。从长远来看，这种方法有可能在细胞内创建更多的蛋白质变异清单，从而更深入地了解细胞过程和疾病机制。”

牛津纳米孔技术公司的联合创始人、牛津大学化学系教授Hagan Bayley补充说:“在单分子水平上精确定位和识别翻译后修饰和其他蛋白质变异的能力，对促进我们对细胞功能和分子相互作用的理解有着巨大的希望。”它还可能为个性化医疗、诊断和治疗干预开辟新的途径。”

牛津纳米孔技术公司是在贝利教授的研究基础上于2005年成立的一家衍生公司，已成为下一代测序技术的领跑者。牛津纳米孔公司的专利纳米孔技术使科学家能够使用便携、廉价的设备快速地对核酸(DNA和RNA)进行测序，而标准测序通常需要专门的实验室。牛津纳米孔设备彻底改变了基础和临床基因组学，并在COVID-19大流行期间帮助追踪新型冠状病毒变体的传播方面发挥了关键作用。

这项工作是与伦敦国王学院的机械生物学家Sergi Garcia-Maynes和弗朗西斯克里克研究所的研究小组合作进行的。

总结：

科学家们已经开发出一种突破性的方法来检测基于纳米孔技术的蛋白质结构变化。

蛋白质链通过工程纳米孔输送，通过微小电流的调制检测到结构的细微变化。

这种方法可以改变我们对蛋白质变异如何与疾病相关的理解，并允许即时诊断。

文章标题

Enzyme-less nanopore detection of post-translational modifications within long polypeptides.