2025年1月3日，深圳湾实验室蔡羽轩课题组和合作者在Journal of the American Chemical Society在线发表了题为A single bioorthogonal reaction for multiplex cell surface protein labeling的研究论文，报导多色标记技术上取得的突破。他们优化了一种称为TAMM缩合的化学反应，使其反应速度提高了1000倍以上。结合基因密码子扩展技术和序列特异性蛋白酶，他们成功实现了三种不同膜蛋白的特异性标记。更令人兴奋的是，这种技术还能与其他生物正交反应兼容，通过巧妙组合，可以实现四色荧光标记，达到一般共聚焦显微镜的成像颜色上限。
蛋白质是生命的“工匠”，由20种天然氨基酸组成，承担着细胞中的各种功能，从维持细胞正常运作到调控生命活动。一个细胞可以产生上万种蛋白质，而这些蛋白质的功能取决于它们的数量、结构、位置以及它们之间的相互作用等复杂特性。要想深入研究这些特性，科学家常常依靠荧光成像技术，这是一种能让我们“看见”蛋白质活动的重要工具。
然而，蛋白质本身不会发光，科学家需要“给它们上颜色”。目前最常用的方法是通过遗传技术，让目标蛋白与“荧光蛋白”结合。这些荧光蛋白可以发出不同颜色的光，从而帮助研究人员在活细胞中实现多种蛋白质的同时成像。不过，这种方法也有局限性：
光性能不足：荧光蛋白的亮度和稳定性比不上小分子荧光染料。
体积大：荧光蛋白的体积大（约27 kDa），可能影响目标蛋白的功能或位置，并限制超分辨率成像的精度。
为了解决这些问题，科学家开发了结合生物正交反应和基因密码子扩展技术的方法。这种技术允许利用小分子荧光染料对蛋白质进行标记，从而既保持了染料的亮度和稳定性，又尽量减小对蛋白质功能的干扰。然而，标记多个目标蛋白依然面临技术挑战，因为每个蛋白都需要独特的反应体系。
2025年1月3日，深圳湾实验室蔡羽轩课题组和合作者在Journal of the American Chemical Society在线发表了题为A single bioorthogonal reaction for multiplex cell surface protein labeling的研究论文，报导多色标记技术上取得的突破。他们优化了一种称为TAMM缩合的化学反应（下图A），使其反应速度提高了1000倍以上。结合基因密码子扩展技术和序列特异性蛋白酶，他们成功实现了三种不同膜蛋白的特异性标记。更令人兴奋的是，这种技术还能与其他生物正交反应兼容，通过巧妙组合，可以实现四色荧光标记（下图B），达到一般共聚焦显微镜的成像颜色上限。
这一突破意味着，生物正交反应不再限制蛋白质荧光成像的颜色数量，为多色成像研究开辟了新天地。
另外，通过TAMM缩合和另一种生物正交反应，也能实现小鼠活体的双色荧光标记和成像（上图C）。
该研究由蔡羽轩课题组主导，首都医科大学联培博士生黄洋、课题组科研助理吴晨阳（现英国卡迪夫大学博士生）和陆安静为共同第一作者，卡迪夫大学吴宜霖为共同通讯作者，深圳湾实验室神经疾病研究所张勃课题组和深圳湾实验室同舟学者、厦门大学吴川六也对此研究提供了重要的帮助，另外，本研究受惠于国家自然科学基金委员会等的支持。
这项研究不仅提升了荧光标记的效率和颜色数量，还为未来蛋白质研究和疾病机制探索提供了强有力的工具。或许有一天，我们能借助这些技术更清晰地看到细胞内的微观世界，从而揭示更多生命的奥秘。
A single bioorthogonal reaction for multiplex cell surface protein labeling
https://doi.org/10.1021/jacs.4c11701
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