首个在脊椎动物体内发现的荧光蛋白

一种在寿司中很受欢迎的鳗鱼拥有肌肉纤维,这可能为生物成像技术的进步提供机会

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日本淡水鳗(Anguilla japonica)为生物学家提供的不仅仅是美味的寿司小吃。研究人员在《细胞》杂志上报告称,它的肌肉纤维产生了首个在脊椎动物中发现的荧光蛋白。

荧光蛋白对于细胞生物学家来说,就像扳手对于机械师一样,是一种标准的工具。它们本身不发光,但在光照下会发光。 2008年诺贝尔化学奖授予了此类分子的发现和开发,这些分子用于标记蛋白质或追踪基因的表达方式。这些分子已被改造为产生各种色调和亮度的光,但迄今为止在自然界中发现的分子都来自非脊椎动物,主要是微生物、水母和珊瑚。

鳗鱼蛋白存在的最初线索出现在2009年,当时日本鹿儿岛大学研究鳗鱼营养成分的食品化学家林诚一和户田义文在追踪脂质向油性鳗鱼组织的运输时报告说,当蓝色光照射时,鳗鱼肌肉会自然地发出绿色荧光。然后,他们分离出了负责该蛋白质的一些片段。这引起了日本理化学研究所脑科学综合研究中心(位于日本和光市)的分子生物学家宫胁敦史的兴趣,他已经鉴定出水母和珊瑚荧光蛋白的新特性并对其进行了工程改造。


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在最新的工作中,他和他的同事们已经鉴定了编码该分子的基因,并将这种新蛋白质命名为 UnaG,以日本语 unagi 命名,unagi 是日语中淡水鳗鱼的词,为世界各地的寿司爱好者所熟悉。

加拿大埃德蒙顿市阿尔伯塔大学的蛋白质工程师罗伯特·坎贝尔说:“我认为没有人会想到鳗鱼会拥有如此明亮的荧光蛋白。” 他说,UnaG 属于其独特的类别。“它与众不同”,与其他荧光蛋白“没有任何相同之处”。

例如,与经典的绿色荧光蛋白 (GFP) 不同,UnaG 不是使用作为蛋白质序列一部分的“发色团”产生光,而是在结合天然存在的小分子胆红素时发出荧光,胆红素是血红蛋白的分解产物,在医院检测中已使用了数十年,用于评估肝功能和诊断黄疸等疾病。

UnaG 也很不寻常,因为与 GFP 不同,即使细胞中的氧气水平较低,它也会发出明亮的荧光。坎贝尔说,这可能有助于可视化癌性肿瘤内部的厌氧区域。

海底发光
2007 年,另一组研究人员在文昌鱼中发现了一种荧光蛋白,文昌鱼是一种微小的、有点像鳗鱼的海洋生物,与脊椎动物密切相关。但该蛋白质与在珊瑚和水母中发现的蛋白质属于同一类。

日本淡水鳗在河流中成熟,并远游到海中产卵,UnaG 可能通过在肌肉功能中发挥作用来帮助它们进行长距离迁徙。欧洲和美洲淡水鳗(Anguilla anguillaAnguilla rostrata)也会进行长距离迁徙,宫胁和他的同事发现这些鳗鱼也会产生 UnaG。宫胁说,从海中迁徙到河流的幼年日本鳗鱼大量产生这种蛋白质,因此当用蓝光照射时,它们会发出美丽的光芒。

该团队表明,UnaG 可用于测量人血清中的胆红素,他们认为这种方法可能会产生更简单、更灵敏的检测方法,并且需要更少的血液样本,宫胁说。

宫胁说,下一步包括将 UnaG 基因插入实验小鼠体内,并检查它们是否正常发育。宫胁说,UnaG 是脂肪酸结合蛋白家族的成员,该家族存在于人类和其他动物中,但他测试过的其他蛋白质都不是荧光的。

本文经《自然》杂志许可转载。这篇文章于 2013 年 6 月 13 日首次发表

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