近日，中國科學(xué)院生物物理研究所徐平勇研究組開發(fā)出普適性強的內(nèi)源蛋白標(biāo)記技術(shù)ANGEL，解決了無熒光小肽基因敲入時無法進行高通量篩選的問題。

ALFA標(biāo)簽是僅含13個氨基酸的理性設(shè)計標(biāo)簽，具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性。研究團隊發(fā)現(xiàn)，與ALFA標(biāo)簽特異性結(jié)合的，高親和力納米抗體NbALFA的穩(wěn)定性，依賴于ALFA標(biāo)簽：在無ALFA肽段時，NbALFA可被部分降解；當(dāng)細(xì)胞內(nèi)ALFA標(biāo)簽水平升高時，NbALFA信號增強。

基于這一特性，科研團隊開發(fā)了小肽基因敲入可視化和快速篩選新技術(shù)，并命名為ANGEL。ANGEL技術(shù)對NbALFA進行定向進化改造，獲得突變體mutNbALFA。該突變體在無ALFA標(biāo)簽時快速降解，而在ALFA標(biāo)簽存在時產(chǎn)生強熒光信號。這種“抗原穩(wěn)定抗體”特性使ALFA標(biāo)簽基因敲入細(xì)胞克隆，能夠通過熒光信號增強被高效識別。此后，團隊構(gòu)建出NbALFA-熒光蛋白融合體整合到基因組中的穩(wěn)定細(xì)胞系，確保在沒有ALFA標(biāo)簽時NbALFA表達水平均一。團隊利用CRISPR技術(shù)，將ALFA標(biāo)簽敲入目標(biāo)基因位點，檢測NbALFA-熒光蛋白信號變化，以篩選編輯細(xì)胞。

ANGEL技術(shù)展現(xiàn)出適用性，可內(nèi)源標(biāo)記CKAP4、SEC61B、RTN4、Vimentin、核孔蛋白NUP96/NUP35、組蛋白H2BC21、CBX1、核纖層蛋白LMNA、肌動蛋白，以及分子量達264 kDa的核斑核心蛋白SON等。更重要的是，在天然細(xì)胞環(huán)境中，研究人員利用標(biāo)簽，同步實現(xiàn)了精準(zhǔn)內(nèi)源蛋白標(biāo)記、串聯(lián)標(biāo)簽信號放大、蛋白動態(tài)實時示蹤、靶向降解誘導(dǎo)、蛋白互作網(wǎng)絡(luò)解析五大功能整合。

同時，ANGEL技術(shù)可擴展到其他小肽的內(nèi)源蛋白標(biāo)記，將一個或多個小肽標(biāo)簽寫入基因組特定位點。通過熒光納米抗體實現(xiàn)內(nèi)源蛋白多色標(biāo)記，適用于不同組織深度的成像需求，還能夠兼容多種成像模式。

這一技術(shù)為探討內(nèi)源蛋白的生物學(xué)功能，提供了實時可靠的“一站式”平臺，克服了傳統(tǒng)過表達系統(tǒng)的局限性，為蛋白質(zhì)功能研究和藥物開發(fā)開辟了新途徑。同時，該技術(shù)有望提升科研人員對蛋白質(zhì)動態(tài)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)知，為精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究提供工具。

8月29日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-化學(xué)生物學(xué)》（Nature Chemical Biology）上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項等的支持。