活細(xì)胞核磁共振波譜可以提供細(xì)胞內(nèi)生物大分子原子分辨水平的結(jié)構(gòu)信息，是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)研究的強(qiáng)有力工具。受制于核磁共振固有靈敏度低及細(xì)胞內(nèi)譜線增寬造成的低分辨率，目前的方法僅用于幾種豐度較高的小分子量蛋白質(zhì)，對(duì)人源細(xì)胞中低豐度的大分子量蛋白質(zhì)則難以觀測(cè)，嚴(yán)重阻礙其應(yīng)用。
近日，中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院的李從剛研究員課題組，以高靈敏的19F化學(xué)標(biāo)記方法，結(jié)合電穿孔遞送技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了人源細(xì)胞內(nèi)6-40 kD的結(jié)構(gòu)蛋白觀測(cè)，其檢測(cè)濃度低至1.0 μM，接近了部分蛋白質(zhì)的生理濃度。
本工作中發(fā)展的高靈敏探針wPSP-6F可以在溫和的條件下，高效地連接到蛋白質(zhì)半胱氨酸殘基上，形成的碳硫鍵在細(xì)胞內(nèi)非常穩(wěn)定。與常規(guī)的3-氟酪氨酸標(biāo)記相比，新探針的靈敏度提高10倍以上（wPSP-6F探針標(biāo)記的GB1在30 min左右即可觀測(cè)到信噪比較高的核磁信號(hào)，但是相同時(shí)間內(nèi)3-氟酪氨酸和15N標(biāo)記的GB1則無信號(hào)）。
除了較高的靈敏度，wPSP-6F探針同時(shí)具有較好的蛋白質(zhì)構(gòu)象分辨能力。以GB1突變體的二聚作用為例，19F信號(hào)可以在稀溶液或細(xì)胞內(nèi)很好地區(qū)分其單體和二聚構(gòu)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明細(xì)胞擁擠復(fù)雜的環(huán)境會(huì)極大地促進(jìn)蛋白的二聚，其二聚解離常數(shù)減小30倍，其中細(xì)胞內(nèi)非特異弱相互作用非常關(guān)鍵。 蛋白質(zhì)的活性往往受到復(fù)雜細(xì)胞環(huán)境的調(diào)控，并在不同類型的細(xì)胞中表現(xiàn)出差異。本工作所建立的高效19F標(biāo)記方法將拓展活細(xì)胞核磁共振的應(yīng)用場(chǎng)景和范圍，有望在人源細(xì)胞中近生理濃度下研究蛋白質(zhì)生物學(xué)功能和篩選相關(guān)藥物。 論文信息 Visualizing Proteins in Human Cells at Near-Physiological Concentrations with Sensitive 19F NMR Chemical Tags Dr. Zhaofei Chai, Dr. Qiong Wu, Dr. Kai Cheng, Xiaoli Liu, Dr. Zeting Zhang, Dr. Ling Jiang, Dr. Xin Zhou, Dr. Maili Liu, Dr. Conggang Li Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202300318
