研究者通过对具有高效折叠能力的蛋白进行筛选,获得了一种绿色荧光蛋白超级折叠体,它作为一种优化的绿色荧光蛋白,可以在蛋白融合过程中发挥重要作用。
蛋白融合是阐释很多生命活动过程的有力工具。虽然将绿色荧光蛋白(GFP)或者其它荧光蛋白与一个目标蛋白进行融合是一种广泛应用的技术,但人们也了解这样的事实:这种融合技术会影响被融合蛋白的固有折叠形式。GFP不仅仅能影响被融合对象的折叠形式,而且当GFP与一个自身折叠形式并不恰当的蛋白进行融合时,GFP的自身折叠形式也会遭受破坏,从而导致非正常性的弱荧光出现。因此,这种现象可被用来监测蛋白的折叠行为,从而筛选出折叠形式恰当的蛋白来。
美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的Waldo及其同事试图利用上述现象,试图来提高GFP的折叠能力。为了达到这一目的,他们将GFP与一个自身折叠不当的饵蛋白进行融合,筛选出由DNA行为异常而产生的融合文库,从而获得具有更高折叠效率的GFP优异突变体。Waldo说:“我们发现我们能够做到这一点,GFP不仅仅在正常蛋白出现的情况下具有比其它物质更好的折叠效果,而且在很多折叠不当的蛋白出现的情况下也具有同样的优异效果。事实上,不管什么物质与它折叠,它都可以折叠得很好。”他们获得的折叠改进型突变体包含有六处突变,因而被命名为GFP超级折叠体。正如所预期的那样,这些GFP彩色突变体也能通过GFP超级折叠体获得,但是,这一方法并不局限于GFP突变体。
生产这些超级蛋白的方法,可被应用到很多种类的蛋白。这些研究者运用红色荧光蛋白,对该方法的普适性进行了修正,但是,通过将非荧光蛋白放在折叠不当的饵蛋白和一个荧光报告基因产物之间,一个类似的被引导的演化轨迹也应当起作用。
在Waldo看来,这一方法会导致蛋白发生两种变化。一种变化是导致了在融合发生过程中GFP折叠量的增加。这样的突变看起来会排除折叠不当的中间产物的出现,应当不会对自然存在的蛋白的稳定性产生明显的效果。Waldo对第二种变化解释说:“这一研究最令人惊奇的是,我们从来没有专门对热力学的稳定性这一特征进行过挑选,但我们得到的一些突变在提高热力学稳定性这一方面具有十分明显的操纵能力。”
Waldo把超级折叠体的概念比作进行马拉松长跑训练。如果你经常超负荷训练,你在比赛时就会拥有更多的力气。这里的训练包含着对蛋白折叠轨迹干涉所引发的演化适应。因此,在正常情况下,一个超级折叠体并没有什么了不起的,然而一旦遇到任何挑战的话,它就会显示出比没有经过“训练”的蛋白具有更好的应对能力。
虽然,GFP的特征已经被高度优化,但这项研究表明,它的特征仍有进一步提高的空间。所有的荧光蛋白都可以通过被制成超级折叠体,使其特征获得进一步的改善。虽然这些超级折叠体在被整合入传感器或者实施荧光能量共振转移实验之前,应该进行仔细的检测,但它们能克服以前很多棘手的问题,这似乎是可以肯定的。
注:夏雨译自2006年2月号的《自然-方法学》,版权为英国NPG出版集团所有。更多信息请访问:http://www.natureasia.com/ch/naturemethods