3月29日，《德國應用化學》雜志在線發表了中國科學院生物物理研究所王江云課題組最新研究成果。該研究通過擴展基因密碼子，實現了具有金屬結合能力的非天然氨基酸8-羥基喹啉丙氨酸(HqAla)在活細胞中的基因編碼。
基因編碼具有金屬離子結合能力的非天然氨基酸對于酶工程及機理研究、設計蛋白質傳感器，以及利用順磁共振研究蛋白質動態構象變化而言，是一個有力的研究工具。為了進一步增強結合金屬離子的能力和增加結合金屬離子的種類，研究人員合成了金屬離子螯合能力更強的8-羥基喹啉丙氨酸(HqAla)。研究表明，該化合物結合銅離子能力達到了0.1 fM。通過擴展基因密碼子，研究首次實現了HqAla在活細胞中的編碼，在sfGFP、sfYFP、PsmOrange及eqFP650熒光蛋白的發色團中心編碼該非天然氨基酸，發現以上熒光蛋白的最大發射波長均紅移30 nm左右。eqFP650-67-HQAla蛋白的最大發射波長紅移至680 nm，是迄今為止報道的發射波長最為紅移的熒光蛋白。
這些蛋白突變體將可能被作為體內成像研究的標記物，增加探測的靈敏度，進而進行深層組織成像或者作為熒光能量共振轉移傳感器的元件。在活細胞中編碼該非天然氨基酸可作為鋅離子選擇性傳感器，敏感特異的鋅離子感應器使得人們能夠更深入地研究鋅離子對生命活動的調控機理。由于該氨基酸具有更強的銅離子結合能力，是先前報道的3-吡唑酪氨酸的九百萬倍，8-羥基喹啉丙氨酸是比3-吡唑酪氨酸更優良的光致電子傳遞探針，提供了研究蛋白中的電子傳遞的有力工具。
本研究的另外一個創新點是通過進化酪氨酸酚解酶，實現了HqAla氨基酸一步且高效的酶轉化合成方法。該化合物可以容易地在任何生物或化學實驗室中制備，為該化合物作為研究工具提供了便利條件。
該研究為設計蛋白傳感器提供了新的策略和手端，為利用順磁共振研究蛋白質動態構象變化提供了有力的工具，為金屬蛋白的理性設計提供了有力的研究工具。
本論文的共同第一作者為劉曉紅副研究員及博士研究生李家松。該研究得到科技部國家重點基礎研究973計劃、國家自然科學基金委和中國科學院的資助。
基因編碼非天然氨基酸擴展熒光蛋白發色團
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