近日，精密測量院李從剛研究團隊，以高靈敏的19F化學標記方法，結合電穿孔遞送技術，實現了人源細胞內6-40 kD的結構蛋白觀測，其檢測濃度低至1.0 μM，接近了部分蛋白質的生理濃度。相關研究成果發表于《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed.）。
活細胞核磁共振波譜可以提供細胞內生物大分子原子分辨水平的結構信息，是細胞內蛋白質研究的強有力工具。受制于核磁共振固有靈敏度低及細胞內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，對人源細胞中低豐度的大分子量蛋白質則難以觀測，嚴重阻礙其應用。
本工作中發展的高靈敏探針wPSP-6F可以在溫和的條件下，高效地連接到蛋白質半胱氨酸殘基上，形成的碳硫鍵在細胞內非常穩定。與常規的3-氟酪氨酸標記相比，新探針的靈敏度提高10倍以上（wPSP-6F探針標記的GB1在30 min左右即可觀測到信噪比較高的核磁信號，但是相同時間內3-氟酪氨酸和15N標記的GB1則無信號）。
wPSP-6F標記可顯著提高信噪比并用于6-40 kD蛋白質在細胞內觀測
除了較高的靈敏度，wPSP-6F探針同時具有較好的蛋白質構象分辨能力。以GB1突變體的二聚作用為例，19F信號可以在稀溶液或細胞內很好地區分其單體和二聚構象。實驗結果表明細胞擁擠復雜的環境會極大地促進蛋白的二聚，其二聚解離常數減小30倍，其中細胞內非特異弱相互作用非常關鍵。
wPSP-6F標記能有效區分蛋白二聚構象并用于評估細胞環境對其結構影響
蛋白質的功能往往受到復雜細胞環境的調控，并在不同類型的細胞中表現出差異。本工作所建立的高效19F標記方法將拓展活細胞核磁共振的應用場景和范圍，有望在人源細胞中近生理濃度下研究蛋白質生物學功能和篩選相關藥物。
文章的第一作者是精密測量院副研究員柴兆斐和博士后吳瓊，通訊作者是研究員李從剛。
該研究工作得到了國家自然科學基金和科技部重點研發計劃的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202300318
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