Nature Methods：新的亮红色荧光蛋白

时间：2023年3月29日

来源：AAAS

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荧光蛋白被广泛应用于生物学研究，使各种类型的细胞或结构可见。例如，与癌症有关的干细胞或蛋白质。由Dorus Gadella领导的阿姆斯特丹大学研究小组开发了一种新的鲜红色荧光蛋白:mScarlet3。他们在权威杂志《自然方法》上发表了这种蛋白质的特性和DNA代码。

为了理解一个细胞分裂、分泌激素或向另一个细胞传递信号的原因，生物学家经常使用一个技巧。他们在感兴趣的蛋白质上安装了彩色的“灯”，这样他们就可以在显微镜下跟踪这些蛋白质在活细胞中的运动和相互作用。这些“灯”的颜色越多，它们可以同时遵循的过程就越多。

在20世纪90年代，科学家们首次在细胞中使用荧光蛋白作为彩色标记。这种蛋白质是绿色的，来自荧光水母。通过对绿色蛋白质进行修补，蓝色、绿松石和黄色的变体出现了。21世纪初，在珊瑚中发现了一种红色荧光蛋白。但事实证明，将这种蛋白质转化为可用于细胞研究的明亮红光更具挑战性。

创建mScarlet3

2016年，阿姆斯特丹大学生物学家Dorus Gadella的团队成功地创造了一种新的亮红色荧光蛋白，实现了巨大的飞跃。他们将这种蛋白质命名为mScarlet。它们的红色发光蛋白质很快被科学界发现。编码mScarlet的DNA已被请求约3400次，现在几乎世界上每个国家都将其用于细胞生物学研究。

不幸的是，在哺乳动物细胞中，mScarlet蛋白被证明比常用的绿色荧光蛋白折叠得更慢，更不完全，导致这些细胞的亮度不是最佳的。因此，该团队继续研究这种蛋白质，并试图加速和最大化折叠。他们使用了他们已经开发的两种mScarlet变体，一种折叠速度快，但亮度较低，另一种折叠速度慢，但最终荧光明亮。他们试图将这两种蛋白质的积极特性结合到一种新的蛋白质中。在蛋白质结构的一些有针对性的改变的帮助下，他们成功地实现了这一点，产生了mScarlet3。这个最新的变种现在结合了最大的亮度，快速和完整的折叠。

最后，为了测试mScarlet3的结构，生物学家们把他们的作品送到了格勒诺布尔的结构生物学研究所(CNRS, CEA, Université格勒诺布尔阿尔卑斯)。结构生物学家Antoine Royant使用欧洲同步加速器ESRF(世界上最亮的x射线源)来绘制蛋白质的分子结构。Royant:“事实证明，mScarlet3之所以如此明亮，是因为这种蛋白质中有一种特殊的疏水(油性)局部结构，这种结构既加快了蛋白质的折叠速度，也改善了蛋白质的折叠速度。”

新标准

有了这种新的、大大改进的红色荧光蛋白，科学家们在实验室里的工具箱现在比以往任何时候都更完整。加德拉:“使用mScarlet的经验已经非常积极，这就是为什么我们预计mScarlet3将在研究人员中更受欢迎，并将迅速成为全球的新标准。鲜红色荧光蛋白受到高度追捧，因为激发这些红色蛋白比激发绿色蛋白对细胞的危害小。此外，红光散射较少，这意味着你也可以用显微镜观察更深层次细胞的分子过程。有了mScarlet3，我们终于有了一种非常健壮的亮红色荧光蛋白，它折叠迅速而完全，没有进一步的缺点。我们对mScarlet3的新应用有很多期待，包括制作新的红色荧光生物传感器，mScarlet3可以用来对特定的细胞功能进行成像。”

mScarlet3的遗传密码已被UvA申请专利。