膜蛋白参与细胞信号转导和物质跨膜运输等重要的生理活动，其异常表达和功能变化与各类疾病的发生发展密切相关。在活细胞层面分析膜蛋白及其微环境有助于临床诊断治疗和开发新药物靶点。现有的活细胞膜蛋白微环境分析工具构建主要依赖基因工程技术或抗体-抗原的识别作用，将具有催化效应的酶偶联到目标蛋白上。然而，这些分析工具存在操作步骤繁琐、成本高及可能影响细胞天然蛋白微环境等制约因素。
近日，福州大学李婧影副教授团队通过整合核酸适体和G-四联体/氯高血红素，构建了一种设计和制备简单、尺寸小的非基因工程活细胞膜蛋白分析工具（Apt-Gq/h）。作者构建的分析工具可通过核酸适体的识别作用将G-四联体/氯高血红素偶联到目标蛋白上。随后，在过氧化氢的辅助下，G-四联体/氯高血红素可催化带标签的苯酚底物转换为高反应活性的苯氧基自由基。这类自由基可与富电子氨基酸发生共价反应，且具有半衰期短（＜1 ms），标记半径小（＜40 nm）的特性。因此，通过这个邻近标记反应，目标蛋白及其微环境中的蛋白质将被共价偶联一个生物素或荧光标签，便于后续实验分析。
图1. Apt-Gq/h用于活细胞膜蛋白邻近标记反应示意图。
作者将Apt-Gq/h应用于活细胞中间质表皮转换因子（MET）的微环境分析，并观察到肝细胞生长因子（HGF）刺激前后MET微环境中蛋白质组的动态变化。
图2. （A）Apt-Gq/h诱导的邻近标记应用于活细胞蛋白质组学分析示意图；（B）免疫印迹法表征Apt-Gq/h介导的HT29细胞中MET及其已知相互作用蛋白的生物素化；（C）质谱数据过滤方案。Test 1：无HGF刺激的细胞；Test 2：HGF刺激的细胞；（D）Apt-Gq/h介导标记的HT29细胞中细胞组分术语富集分析；（E）比较HGF刺激前后细胞中MET微环境中蛋白质组列表的维恩图。Test 1：无HGF刺激的细胞；Test 2：HGF刺激的细胞。
此外，作者还将Apt-Gq/h应用于活细胞及组织切片层面的程序性细胞死亡蛋白-1配体（PD-L1）的信号增强检测。
图3. Cy5-苯酚浓度依赖的U87活细胞层面PD-L1信号增强检测的（A）共聚焦显微镜成像（标尺为20 μm），（B）流式细胞术表征；（C）U87肿瘤组织切片中的PD-L1信号增强检测（标尺为25 μm）。
总之，Apt-Gq/h是一种可模块化设计和构建，具有良好通用性的活细胞膜蛋白分析工具，为临床诊断和分子病理学研究提供了一种新途径。
这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者是福州大学博士研究生杨雯，通讯作者为李婧影副教授。该项研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金的经费支持。
Selective and Nongenetic Peroxidase Tag of Membrane Protein: a Nucleic Acid Tool for Proximity Labeling
Wen Yang, Zixiang Huang, Zhifei Xu, Xin Ma, Shan Huang, Jingying Li*, Juan Li, and Huanghao Yang
Anal. Chem., 2021, DOI: 10.1021/acs.analchem.1c04148
李婧影博士，2010年于中国农业大学获化学学士学位，2015年于国家纳米科学中心获得物理化学博士学位，2015年8月起就职于福州大学生物科学与工程学院，加入杨黄浩教授课题组，从事基于功能核酸、功能纳米材料的生物探针构建以及在生物检测、细胞成像及功能调控等领域的应用研究。以第一/通讯作者在Chem. Soc. Rev.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed、Anal. Chem.、Chem. Commun.等国际刊物发表多篇SCI论文。主持国家自然科学基金两项。2020年度入选“旗山学者”奖励支持计划。
https://www.x-mol.com/university/faculty/277545
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