来源：哥伦比亚大学
摘要：在原来发布的研究上建立，调查人员研究改进了技术，允许用高时空分辨率对活显示活细胞/组织中蛋白质合成进行延时拍照，并且显示活细胞/组织的蛋白质降解。他们成功地发现，这种技术可以用于拍摄脑组织、斑马鱼和老鼠的蛋白质合成，使得这个基础成为生物医学研究人员研究从细胞系到活的动物/人的复杂蛋白质代谢的有效工具。
哥伦比亚大学研究人员在高分辨率和最小干扰可视化活系统复杂蛋白质代谢方面有了重大的进展，这是科学界的长期目标。美国化学学会《化学生物学》上最近发表的一项研究中，化学Wei Min的研究团队中的副教授报告一种轻型显微镜方法，显示活的组织和动物在哪生产出新的蛋白质，显示在哪降解旧的蛋白质。
蛋白质携带生命中大部分生物功能。生物学家长期以来都知道随着时间的推移，新的蛋白质会产生，旧的蛋白质会降解，这是活的有机体代谢活动所要求的。很多复杂的生理过程和疾病过程涉及时间和空间上蛋白质的合成和降解。例如形成长期的记忆需要特定神经元的依赖活动的蛋白质合成，而不断恶化的亨廷顿氏病常常破坏受影响细胞的降解过程。
然而，从技术上来讲，以无侵害的方式，全面地可视化活系统蛋白质代谢十分具有挑战性。过去使用放射性氨基酸作用于死样本。影像质谱分析法具有侵害性，因此与或系统不兼容。使用非天然氨基酸的基于荧光的技术总体上需要细胞的非生理性固定。
为了解决这个问题，Min和他的研究团队开发一种将化学标签和物理检查相结合的新方法。特别的是，他们结合了新兴的基于激光的技术，叫做受激拉曼散射显微镜，以及通过天然蛋白质合成机理形成的氘化氨基酸代谢标记。在特定准备的氘化氨基酸中，正常的氢原子由氘原子所代替，氘原子展示出氢原子相同的理化性质，除了氘原子质量较重。当拉长碳氘键，会发出特定频率的拉曼散射信号（与细胞中自然分子的信号不同）。新合成的蛋白质建立在的氘化氨基酸上，可以通过受激拉曼散射检测出来，蛋白质具有独特的碳氘键振动特征。在早期的出版物Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 110, 11226, 2013中，利用这种方法，Min和他的研究团队可以为活细胞中新合成的蛋白质成像。
论文的第一作者，化学博士Lu Wei说，新的美国化学学会生物化学论文明显地扩展了将受激拉曼散射与氘化氨基酸耦合的概念。除了监视蛋白质合成，这种技术还可以通过跟踪早先存在的蛋白质导致甲基的信号衰减，监测蛋白质降解。除此以外，受复杂蛋白质动力学经典脉冲追踪分析的启发，将整个氘化氨基酸合理划分成两个结构不同，具有不同振动特性的子集，从而完成双色脉冲追踪成像。通过这种方法，Min的研究小组可以监测活细胞中突变亨廷顿蛋白不断形成的发展动态。
Wei说：“拥有了大大改进的技术，我们可以在早期简单细胞系研究的基础上，寻求生物学应用。”在新的研究中，研究小组呈现出活的脑组织切片中新合成蛋白质的空间分布，以及齿状回明显的信号，表明这部分区域代谢活动比较活跃。在这个平台上目前正在研究蛋白质合成和神经可塑性之间错综复杂的关系。
Wei补充到：“我们技术主要的优势在于此项技术没有毒性，并且追求以最小创伤侵害，在模型生物中施用氘化氨基酸，在长期内显示没有毒性。”研究人员已经呈现出活的动物中新合成的蛋白质，包括斑马鱼和小鼠。在胚胎期斑马鱼尾部的体节中，以及检测小鼠的肝部和小肠组织中检测出明显的信号。这些论证支持体内诊断技术。
Min说，除了这种基础研究外，我们的技术为转换应用做出较大的贡献。考虑到人体兼容同位素标记和受激拉曼散射成像，我们有望应用此平台去实施诊断和人体治疗成像。
案例来源：
上述案例基于哥伦比亚大学提供的材料。备注：材料在内容和长度上或许有所编辑。
参考文献：
Lu Wei, Yihui Shen, Fang Xu, Fanghao Hu, Jamie K. Harrington, Kimara L. Targoff, Wei Min. Imaging Complex Protein Metabolism in Live Organisms by Stimulated Raman Scattering Microscopy with Isotope Labeling. ACS Chemical Biology, 2015; 150115145052004 DOI: 10.1021/cb500787b
