近日，首都医科大学基础医学院饶毅教授团队在《ACS Sensors》上发表题为“Development of a Genetically Encoded Sensor for Arginine”的研究论文。该研究将环状置换绿色荧光蛋白cpEGFP嫁接到结合精氨酸后可发生构象改变的周质结合蛋白artJ中，形成可感知精氨酸浓度变化的新型基因编辑探针（ArgS1），为检测生理及病理条件下精氨酸的改变提供了有效工具。基础医学院博士研究生王纯为第一作者，昌平实验室咸逸副研究员与饶毅教授为并列通讯作者。
L-精氨酸（Arg）是机体必需氨基酸之一，在多种代谢和生理过程中发挥重要作用，其浓度改变与多种病理过程密切相关。传统的Arg测量方法包括微透析法和化学分析法，但仅能实现对单一时间点的Arg浓度检测，无法实时展示其空间分布；近年基于FRET原理的基因编码Arg探针缺乏特异性，即除了响应L-精氨酸外，对L-鸟氨酸和L-赖氨酸也有响应，因而迫切需要开发一种更为特异和灵敏的Arg荧光探针，以用于生理和病理条件下Arg的检测。
已知大肠杆菌的artJ（一种周质结合蛋白，PBP）在结合Arg时可发生构象改变，基于此，团队将环状置换绿色荧光蛋白（cpEGFP）整合到artJ中，构建了基因编码的Arg荧光探针。首先，团队在纯化蛋白上初步筛选了cpEGFP的插入位点，通过将探针与iSeroSnFR的膜靶向序列融合，筛选出响应良好的两种探针ArgS0.1和ArgS0.2，随后，进一步优化连接肽邻近位点，筛选到响应值最佳的探针ArgS1，将上述三种探针分别在大肠杆菌中表达纯化，测试了其对精氨酸及其代谢物的特异性，结果显示，ArgS1对精氨酸的特异性最强，且表现出对pH的依赖性。接下来，团队在哺乳动物细胞内调控Arg的水平，并验证上述探针的响应性，结果表明，ArgS1探针可有效监测由药理干预所引起的Arg浓度变化。为研究上述探针是否可响应亚细胞器中Arg水平改变，团队将ArgS1与线粒体、内质网、溶酶体和细胞核等亚细胞器的定位信号融合，均显示出良好的响应性。最后，团队在一种不表达Arg合成关键酶ASS1的乳腺癌细胞系进一步验证了ArgS1对Arg浓度变化的良好响应性。
新型Arg荧光探针工作原理示意图
综上所述，团队开发了一种在生理和病理相关动态范围内实时监测Arg水平的有效工具，这将有助于阐明Arg的代谢机制，为深入研究其生理和病理作用提供了新的工具。
来源：科技处
撰稿：王纯
审核：邵雪梅
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