分享一篇发表在Nature Chemistry上的文章，文章标题为“Designing artificial fluorescent proteins and biosensors by genetically encoding molecular rotor-based amino acids”，文章的通讯作者是来自北京大学的刘涛教授和来自中国地质大学的娄筱叮教授。其中刘涛课题组致力于非天然氨基酸编码技术等方面的研究，娄筱叮课题组致力于生物传感器等方面的研究。
荧光成像技术是生物学研究中必不可少的工具。这一技术主要包括融合荧光蛋白和引入荧光染料分子这两种手段，然而前者可能干扰靶蛋白的天然结构和功能、后者产生的荧光信号的信噪比较低。本文中，作者模仿GFP荧光团的化学性质，开发了基于转子的荧光氨基酸（fluorescent rotor-based amino acids，FMR-AAs），拓展了荧光蛋白的骨架多样性。GFP的荧光性质源自荧光团4-羟基亚苄基咪唑啉酮（4-hydroxybenzylidene-imidazolinone，HBI）。HBI溶解在溶液中几乎不发光。这是由于扭曲的分子内电荷转移促进了能量以非辐射的途径耗散。然而，在蛋白质内部这一形状精确互补的条件下，HBI被锁定，进而发出荧光。受到这一思路启发，作者考虑将含有类似的分子转子以非天然氨基酸的形式融合到蛋白中，通过局部的形状互补锁定荧光团，从而发出荧光。作者设计了pAPCF这一非天然氨基酸，并且实验证明了其随着溶液粘度（甘油比例）增加，荧光强度逐渐增强。作者首先以GFP为骨架，测试了插入pAPCF并重新设计蛋白质周围氨基酸的可行性。其中，设计流程以突变体文库构建结合荧光分选实现。随后，作者试图通过插入pAPCF改造其它非荧光蛋白。作者选取了Pyrococcus abyssi中的苏氨酰-tRNA合成酶（ThRS）。在前人的研究中，该蛋白第11号位能够容纳BiPhe。考虑到BiPhe和pAPCF存在一定的结构相似性，作者也将pAPCF引入11号位，并通过筛选得到荧光蛋白Th-A12。同样地，作者在大小约9 kDa的FN III蛋白上也实现了荧光改造。https://www.nature.com/articles/s41557-024-01675-x原文引用：DOI：10.1038/s41557-024-01675-x
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