色素蛋白:用于分子生物学实验的彩色蛋白质

由詹妮云顶娱乐 韦德国际弗曾

海洋充满了荧光水母、生物发光的浮游植物和彩色珊瑚等引人注目的视觉效果。这些景象背后是丰富的生物分子,比如色素蛋白,伟德2021足球欧洲杯买球平台,发光的蛋白质。虽然荧光蛋白伟德2021足球欧洲杯买球平台和发光在生物学研究中已经广泛应用了很长一段时间,但染色体蛋白目前正被开发用于广泛的生物学研究。

什么是色素蛋白?它与荧光蛋白有什么不同?伟德2021足球欧洲杯买球平台

在讨论色素蛋白和荧光蛋白之间的区别之前,重要的是要注意,尽管它们的名称不同,色素蛋白实际上是荧光蛋白家族的一个子集。伟德2021足球欧洲杯买球平台让它们与众不同的是它们产生颜色的方式:它们强烈地吸收可见光,从而在环境光下产生颜色。相比之下,被广泛使用绿色荧光蛋白当暴露在蓝光和紫外光下时,会发出明亮的绿色荧光,而色素蛋白则完全不荧光或荧光水平很低。

在自然界中色素蛋白

相比荧光蛋白的历史伟德2021足球欧洲杯买球平台在分子生物学研究中,染色体蛋白的历史较短。1987年,科学家们描述了一种不寻常的现象水母中的蓝色蛋白质Cassiopea xamachana(Blanquet and Phelan, 1987)。八年后,科学家们分离出了粉色、紫色和蓝色从造礁珊瑚中分离出的色素蛋白(Dove等,1995)。在21世纪初,只有一小部分在海葵中发现了染色体蛋白(Chan et al., 2006)。

为什么这些生物体有色素蛋白?原因之一可能是这样色素蛋白保护珊瑚免受阳光照射通过反射可见光和红外光在低光合活性的波长上耗散多余的能量。这仍然允许光合作用的波长到达虫黄藻,珊瑚的共生甲藻是光合作用(Salih et al., 2000)。在高温胁迫下,色素蛋白还能增强珊瑚对大量白化的抵抗力,也就是共生藻类的消失。对于其他生物,比如海葵,科学家认为色素蛋白可以用来模仿和伪装。海葵红色的触须类似蠕虫,吸引鱼儿上钩(图1)。

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图一:海葵的红色可以用来模仿。图片:伯纳德Spragg

利用染色体蛋白进行分子生物学研究的优点

因为色素蛋白会吸收可见光,并在环境光下发出颜色,所以它让科学家有能力进行无仪器检测。与需要紫外灯、荧光计或发光计的荧光或发光法不同,色蛋白检测可以用肉眼进行。

这使得克隆相当容易,因为您可以看到您的克隆实验只看培养皿上的细胞就能起作用。例如,如果你的质粒含有一个编码蓝色色素蛋白的基因,那么转换它们进入你的细胞,你可以简单地寻找蓝色的菌落来确定哪些细胞已经吸收了质粒。当然,其他的后续方法如测序更明确,但视觉识别是一个好地方开始之前采取更多的时间和昂贵的方法。

而诸如蓝白色的筛选需要X-gal,一种昂贵的外源性添加底物,染色体蛋白不需要其他底物进行筛选。因此,在成本和资源有限的情况下或用于生物艺术和教学应用,染色体蛋白可作为标记物。

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细菌合成生物学的真核色素蛋白

因为实验室中使用的常见染色体蛋白来自真核生物,所以很难直接用于细菌,因为大多数基因操作都是从细菌开始的。安东尼。福斯特的实验室使用密码子优化将14个色素蛋白序列植入E杆菌生物砖质粒(meffRed, eforRed, asPink, spisPink, scOrange, fwYellow, amilGFP, amajLime, cjBlue, meffBlue, aeBlue, amilCP, tsPurple,和gfasPurple)(图2)。

细菌色素蛋白在平板上的表达
图2:细菌色素蛋白在琼脂平板上的表达。图片:Liljeruhm等人,2018年

对于每种色素蛋白,实验室确定颜色强度、成熟时间和表达的适应度成本。他们发现不同的染色体蛋白质之间的细胞适应度代价差异很大。在某些情况下,含有高拷贝质粒携带的色素蛋白的细胞在液体培养中过夜就会失去颜色,尽管表达染色体上的色素蛋白可以解决这个问题。目前还没有单一的“理想”色蛋白质粒能够结合最理想的特性:颜色强烈、成熟快、适应度成本低。然而,许多荧光蛋白面临类似的伟德2021足球欧洲杯买球平台限制,许多实验室已经使用这些色素蛋白的特定目的。

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用于等位基因交换的染色体蛋白

pTOX质粒表达amilCP和tsPurple基因
图3:pTOX质粒表达amilCP和tsPurple基因。图片:Lazarus等人,2019年

一个这样的实验室是沃德实验室谁使用amilCP和tsPurple染色体蛋白创建等位基因交换的阴性选择标记。这些载体包含一个毒素基因(由鼠李糖诱导启动子调节)和一个色素蛋白基因。等位基因交换通过两个序列同源重组事件发生:

  1. 携带所需基因修饰的质粒整合到基因组中(图3)。这里,色蛋白被表达,使细胞呈现出紫红色(amilCP)或紫色(tsPurple)。虽然毒素整合在基因组中,但由于受鼠李糖诱导启动子的控制,它不能表达。
  2. 分解步骤导致所需的突变和载体主干的切除。为此,加入鼠李糖诱导毒素的表达。任何在此之后生长的细胞都将是那些切除了载体主干的细胞。

载体pTOX4、pTOX5和pTOX6分别表达YhaV、MqsR和Tse2毒素,并编码amilCP色蛋白。载体pTOX7、pTOX8和pTOX9分别表达YhaV、MqsR和Tse2毒素,并编码tsPurple色蛋白。

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ShadowR,一个新颖的FLIM-FRET接受者

ShadowR被用作mRuby2或mScarlet的FRET受体
图4:ShadowR被用作mRuby2或mScarlet的FRET接收器。图片:Murakoshi等人,2019年

ShadowR是一种橙色的吸光色素蛋白Hideji Murakoshi的实验室发展为一个接受基于荧光寿命成像显微镜Förster共振能量转移(FLIM-FRET)他们用亲水氨基酸修饰深蓝色色蛋白的表面,以减少与胞质蛋白的非特异性相互作用,从而创造了ShadowR。这一步很重要,因为与蛋白质的非特异性结合可以抑制其活性。暗影可以作为一个FRET受体与mRuby2mScarlet作为海拉细胞的供体

寻找哺乳动物细胞表达的ShadowR

既然你已经了解了什么是染色体蛋白以及它们如何被使用,为什么不给你的研究添加一些颜色呢?如果你有一个最喜欢的色素蛋白,或者因为它对你的实验效果很好,或者你喜欢它在琼脂艺术中的样子,让我们知道!

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参考文献

一种来自红树林水母Cassiopea xamachana的不寻常的蓝色中膜蛋白。海洋生物学94:423-430。https://doi.org/10.1007/bf00428249

关键词:海葵(AnemoneCnidopus Japonicus),蓝色蛋白,黄色突变体,结构特征生物化学杂志281:37813-37819。https://doi.org/10.1074/jbc.m606921200

[17] [Dove SG, Takabayashi M, Hoegh-Guldberg O (1995) Pocilloporid和Acroporid珊瑚粉红色和蓝色色素的分离和部分特性。]生物通报189:288-297。https://doi.org/10.2307/1542146

Lazarus, J. E., Warr, A. R., Kuehl, C. J., Giorgio, R. T., Davis, B. M., & Waldor, M. K.(2019)。一套新的无疤痕修饰变形菌基因组的等位基因交换载体。环境科学与技术,33(6)。https://doi.org/10.1128/aem.00990-19

Liljeruhm, J., Funk, S. K., Tietscher, S., Edlund, A. D., Jamal, S., Wistrand-Yuen, P., Forster, A. C.(2018)。为细菌合成生物学设计真核色素蛋白调色板。生物工程学报,12(1)。https://doi.org/10.1186/s13036-018-0100-0

Murakoshi, H., Horiuchi, H., Kosugi, T., Onda, M., Sato, A., Koga, N., & Nabekura, J.(2019)。ShadowR:一种新的色素蛋白,在活细胞中具有减少的非特异性结合和改善的表达。科学报告,9(1)。https://doi.org/10.1038/s41598-019-48604-4

Salih A, Larkum A, Cox G, Kühl M, Hoegh-Guldberg O(2000)珊瑚中的荧光色素具有光保护作用。自然408:850 - 853。https://doi.org/10.1038/35048564

主题:伟德2021足球欧洲杯买球平台,其他荧光蛋白工具

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