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- 熒光氨基酸傳感器實時追蹤細胞動態(tài)變化
- 來源：萊斯大學 發(fā)表于 2025/10/27
LAT 候選物篩選圖。來源：《自然通訊》（2025 年），DOI：10.1038/s41467-025-64448-1
萊斯大學的研究人員通過基因工程改造活細胞，使其能利用第 21 種氨基酸實時發(fā)出熒光以標記蛋白質(zhì)變化，為觀測細胞內(nèi)部動態(tài)提供了新方法。該技術(shù)在細菌、人類細胞及活體腫瘤模型中均能有效發(fā)揮作用，有望讓癌癥等復雜疾病的研究更具倫理可行性。
相關(guān)研究成果已發(fā)表于《自然・通訊》期刊。
攻克生物學領域長期難題
這一突破解決了生物學領域長期存在的一項關(guān)鍵挑戰(zhàn)：在活體內(nèi)追蹤蛋白質(zhì)的細微變化 —— 即所謂的翻譯后修飾（PTMs）。這類修飾如同 “開關(guān)”，調(diào)控著細胞生長、衰老、疾病發(fā)生等多種生理過程。研究團隊并未采用破壞細胞或其他干擾性技術(shù)，而是通過基因工程讓細胞合成一種具有熒光特性的賴氨酸；當上述 “開關(guān)” 被激活時，熒光信號可實時顯現(xiàn)，為科學家觀察生命活動的內(nèi)在機制提供了全新視角。
“這套系統(tǒng)讓我們得以看見活細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的‘隱形舞蹈’�！� 該研究的通訊作者、萊斯大學化學、生物工程與生物科學教授，同時也是德克薩斯州癌癥預防與研究中心學者的肖涵（Han Xiao）表示，“通過為細胞配備合成并感知這種新型氨基酸的工具，我們打開了一扇直接觀察翻譯后修飾如何在活體動物中驅(qū)動生物學過程的窗口�！�
發(fā)色團驗證概念可行性
該研究的最初設想基于一個假設：讓細胞具備自主合成并利用第 21 種氨基酸的能力，其效果將優(yōu)于傳統(tǒng)方法 —— 傳統(tǒng)方法需向細胞提供大量人工合成的標記物。
研究團隊首先篩選并利用特定酶，在細胞內(nèi)部合成乙酰賴氨酸；隨后通過基因工程改造細菌與人類細胞，使其能將乙酰賴氨酸精準整合到蛋白質(zhì)的特定位點。當翻譯后修飾發(fā)生（即修飾基團添加或移除）時，熒光蛋白或酶等報告蛋白會發(fā)出熒光，這一現(xiàn)象驗證了該系統(tǒng)在實時追蹤中的有效性。
“這種創(chuàng)新方法超越了以往的技術(shù)路徑 —— 它無需添加外源化學物質(zhì)，就能讓我們觀察到活細胞內(nèi)蛋白質(zhì)自然發(fā)生的變化。” 肖涵補充道。
翻譯后修飾與癌癥研究應用
為驗證該技術(shù)的實用價值，研究人員利用這種傳感器研究了去乙酰化酶 SIRT1—— 這是一種翻譯后修飾調(diào)控因子，已知參與炎癥調(diào)節(jié)，但其在癌癥生物學中的作用長期存在爭議。
實驗發(fā)現(xiàn)，抑制 SIRT1 可阻斷其酶活性，但與部分預期相反，這并未阻礙特定細胞系中的腫瘤生長。
“在活體組織內(nèi)觀察到乙�；录|發(fā)的熒光信號，這一過程令人振奮�！� 肖涵表示，“它讓原本不可見的蛋白質(zhì)調(diào)控世界變得清晰可察，為研究疾病機制與藥物作用開辟了新可能。”
廣泛應用前景與未來展望
這種經(jīng)基因工程改造的細胞，有望改變科學家在衰老、神經(jīng)系統(tǒng)疾病等領域研究翻譯后修飾的方式。由于該技術(shù)可在活體內(nèi)發(fā)揮作用，因此能實時追蹤疾病進展或治療效果；同時，其基于熒光信號的檢測方式，非常適合針對翻譯后修飾調(diào)控酶開展大規(guī)模藥物篩選。
未來，研究團隊計劃對該技術(shù)進行優(yōu)化，將其應用于其他類型的翻譯后修飾研究或人類來源的類器官系統(tǒng)，進一步提升該平臺在個性化醫(yī)療領域的應用價值，并為深入理解細胞調(diào)控機制提供更多線索。
“借助這種活體傳感器技術(shù)，我們的研究為觀測翻譯后修飾的動態(tài)變化提供了創(chuàng)新工具。它能將不可見的分子信號轉(zhuǎn)化為可觀測的生物學過程，有望重塑我們對蛋白質(zhì)調(diào)控異常相關(guān)疾病的認知與治療方式。” 該研究的第一作者、萊斯大學博士后研究員胡宇（Yu Hu）表示。
該研究的共同作者還包括萊斯大學的王藝賢（Yixian Wang）、程林奇（Linqi Cheng）、王辰航（Chenhang Wang）、劉藝杰（Yijie Liu）、王宇菲（Yufei Wang）、陳雨達（Yuda Chen）、楊舒丹（Shudan Yang）、郭一鳴（Yiming Guo）、姜世宇（Shiyu Jiang）及楊凱強（Kaiqiang Yang）。
期刊信息：《自然通訊》信息提供：萊斯大學
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