首個在脊椎動物體內發現的熒光蛋白

一種在壽司中很受歡迎的鰻魚擁有肌肉纖維,這可能為生物成像技術的進步提供機會

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日本淡水鰻(Anguilla japonica)為生物學家提供的不僅僅是美味的壽司小吃。研究人員在《細胞》雜誌上報告稱,它的肌肉纖維產生了首個在脊椎動物中發現的熒光蛋白。

熒光蛋白對於細胞生物學家來說,就像扳手對於機械師一樣,是一種標準的工具。它們本身不發光,但在光照下會發光。 2008年諾貝爾化學獎授予了此類分子的發現和開發,這些分子用於標記蛋白質或追蹤基因的表達方式。這些分子已被改造為產生各種色調和亮度的光,但迄今為止在自然界中發現的分子都來自非脊椎動物,主要是微生物、水母和珊瑚。

鰻魚蛋白存在的最初線索出現在2009年,當時日本鹿兒島大學研究鰻魚營養成分的食品化學家林誠一和戶田義文在追蹤脂質向油性鰻魚組織的運輸時報告說,當藍色光照射時,鰻魚肌肉會自然地發出綠色熒光。然後,他們分離出了負責該蛋白質的一些片段。這引起了日本理化學研究所腦科學綜合研究中心(位於日本和光市)的分子生物學家宮脅敦史的興趣,他已經鑑定出水母和珊瑚熒光蛋白的新特性並對其進行了工程改造。


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在最新的工作中,他和他的同事們已經鑑定了編碼該分子的基因,並將這種新蛋白質命名為 UnaG,以日本語 unagi 命名,unagi 是日語中淡水鰻魚的詞,為世界各地的壽司愛好者所熟悉。

加拿大埃德蒙頓市阿爾伯塔大學的蛋白質工程師羅伯特·坎貝爾說:“我認為沒有人會想到鰻魚會擁有如此明亮的熒光蛋白。” 他說,UnaG 屬於其獨特的類別。“它與眾不同”,與其他熒光蛋白“沒有任何相同之處”。

例如,與經典的綠色熒光蛋白 (GFP) 不同,UnaG 不是使用作為蛋白質序列一部分的“髮色團”產生光,而是在結合天然存在的小分子膽紅素時發出熒光,膽紅素是血紅蛋白的分解產物,在醫院檢測中已使用了數十年,用於評估肝功能和診斷黃疸等疾病。

UnaG 也很不尋常,因為與 GFP 不同,即使細胞中的氧氣水平較低,它也會發出明亮的熒光。坎貝爾說,這可能有助於視覺化癌性腫瘤內部的厭氧區域。

海底發光
2007 年,另一組研究人員在文昌魚中發現了一種熒光蛋白,文昌魚是一種微小的、有點像鰻魚的海洋生物,與脊椎動物密切相關。但該蛋白質與在珊瑚和水母中發現的蛋白質屬於同一類。

日本淡水鰻在河流中成熟,並遠遊到海中產卵,UnaG 可能透過在肌肉功能中發揮作用來幫助它們進行長距離遷徙。歐洲和美洲淡水鰻(Anguilla anguillaAnguilla rostrata)也會進行長距離遷徙,宮脅和他的同事發現這些鰻魚也會產生 UnaG。宮脅說,從海中遷徙到河流的幼年日本鰻魚大量產生這種蛋白質,因此當用藍光照射時,它們會發出美麗的光芒。

該團隊表明,UnaG 可用於測量人血清中的膽紅素,他們認為這種方法可能會產生更簡單、更靈敏的檢測方法,並且需要更少的血液樣本,宮脅說。

宮脅說,下一步包括將 UnaG 基因插入實驗小鼠體內,並檢查它們是否正常發育。宮脅說,UnaG 是脂肪酸結合蛋白家族的成員,該家族存在於人類和其他動物中,但他測試過的其他蛋白質都不是熒光的。

本文經《自然》雜誌許可轉載。這篇文章於 2013 年 6 月 13 日首次發表

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