近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院強磁場中心王俊峰研究員課題組開發(fā)了一種膜蛋白表面等離子體共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）傳感器芯片表面固定新方法，有效克服了膜蛋白SPR分析中的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。相關(guān)成果發(fā)表在國際期刊《分析化學(xué)》(Analytical Chemistry)上。

膜蛋白約占人體蛋白質(zhì)的三分之一，在細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、物質(zhì)運輸?shù)汝P(guān)鍵生命過程中發(fā)揮核心作用，也是藥物研發(fā)的主要靶標。據(jù)統(tǒng)計，約60%的現(xiàn)代藥物以膜蛋白為作用靶標，例如G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）和離子通道等。因此，精確定量表征膜蛋白與蛋白質(zhì)、小分子藥物等各類配體間的相互作用，對于膜蛋白的功能機制解析以及創(chuàng)新藥物開發(fā)至關(guān)重要。

SPR是一種基于光學(xué)原理的表面分析技術(shù)，能夠?qū)崟r監(jiān)測生物分子間相互作用，并精確測定其親和力和動力學(xué)參數(shù)。該技術(shù)具有靈敏度高、免標記等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)基礎(chǔ)研究和藥物開發(fā)等領(lǐng)域。SPR技術(shù)被譽為生物分子互作研究的“金標準”, 并已于2016年和2020年分別被列入美國藥典和中國藥典。

盡管SPR技術(shù)在可溶性蛋白研究方面已相當成熟，其在膜蛋白領(lǐng)域的應(yīng)用仍面臨挑戰(zhàn)。主要技術(shù)瓶頸在于如何實現(xiàn)膜蛋白在SPR芯片表面的高效、穩(wěn)定固定，并同時維持其天然構(gòu)象與生物學(xué)活性。

針對該瓶頸，研究團隊創(chuàng)新性地將SpyCatcher-SpyTag共價偶聯(lián)系統(tǒng)與膜支架蛋白（MSP）介導(dǎo)的脂質(zhì)納米盤技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)出一種操作簡便、高效穩(wěn)定的膜蛋白芯片固定新策略。該方法通過柔性鏈接構(gòu)建MSP-SpyTag融合蛋白，進而利用其將目標膜蛋白組裝至脂質(zhì)納米盤內(nèi)；所得的納米盤攜帶SpyTag標簽，能夠與預(yù)先通過常規(guī)氨基偶聯(lián)法固定于CM5芯片表面的SpyCatcher蛋白發(fā)生高效、特異的共價結(jié)合而被精準捕獲，從而實現(xiàn)膜蛋白在近生理膜環(huán)境下的高效、穩(wěn)定固定。

利用該新方法，研究團隊對三種典型膜蛋白相互作用體系（蛋白-磷脂、跨膜蛋白-抗體、跨膜蛋白-小分子）進行了SPR分析。實驗結(jié)果顯示，該方法能夠獲得高質(zhì)量的SPR數(shù)據(jù)，成功實現(xiàn)膜蛋白與配體結(jié)合的動力學(xué)及親和力參數(shù)的精確測定。這一新方法有效解決了SPR技術(shù)在膜蛋白研究中的關(guān)鍵瓶頸，在膜蛋白基礎(chǔ)研究與創(chuàng)新藥物研發(fā)領(lǐng)域具有重要應(yīng)用潛力。

強磁場中心碩士生晏麗為論文第一作者，王俊峰研究員、吳勃副研究員、趙宏鑫副研究員為共同通訊作者。該工作得到了國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金項目、安徽省重大基礎(chǔ)研究項目以及強磁場安徽省實驗室的支持。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.5c01671

基于SpyCatcher-SpyTag共價反應(yīng)的膜蛋白芯片表面固定及SPR檢測示意圖