2008年10月8日,伍兹霍尔海洋生物学实验室(Woods Hole Marine Biological Laboratory, MBL)的Osamu Shimomura、哥伦比亚大学(Columbia University)的Martin Chalfie以及加州大学圣地亚哥分校(University of California, San Diego)的钱永健(Roger Yonchien Tsien),因在研究和发现绿色荧光蛋白(green fluorescent protein, GFP)方面做出突出贡献而获得诺贝尔化学奖。

 

 

自GFP荧光蛋白发现以后,mCherry、EYFP、Venus、CFP等许多荧光蛋白相继被发现或人为改造,现已广泛应用于生物科学领域。

 

Table1. 常用荧光蛋白及其物理属性

 

结核病由结核分枝杆菌感染引起,是严重威胁世界公共健康的疾病之一,研究其致病机理对结核病药物研究、疫苗开发至关重要。荧光蛋白因其简单、可视化等特征,是结核基础研究领域非常有用的利器,可以用于发现结核分枝杆菌重要蛋白、阐明结核分枝杆菌致病及耐药机理等。

 

荧光蛋白在结核分枝杆菌蛋白定位研究中的应用

结核分枝杆菌蛋白膜定位

为了发现结核分枝杆菌中与FtsZ结合的新型蛋白,Susanne Gola等首先进行了酵母双杂交筛选实验,发现Rv2147c 编码的蛋白SepF可能是目的蛋白,随后构建的SepF-GFP重组蛋白定位检测发现SepF定位于结核分枝杆菌分裂环处;构建的SepF或FtsZ蛋白突变菌株证明SepF与FtsZ的确能够结合,SepF参与结核分枝杆菌分裂复制。

 

Fig1. SepF参与结核分枝杆菌分裂

 

结核分枝杆菌蛋白核定位

Leny Jose等从被结核分枝杆菌感染细胞的细胞核中筛选到了Rv3423.1,生物信息学分析表明Rv3423.1可能是一种组蛋白乙酰转移酶,能使H3组蛋白的K9、K14发生乙酰化,随后用GFP标记H1、DsRed标记Rv3423.1荧光检测发现H1、Rv3423.1在细胞核染色体上共定位。

 

Fig2. 结核分枝杆菌Rv3423.1蛋白定位于巨噬细胞细胞核

荧光蛋白在结核分枝杆菌感染细胞中的应用

荧光蛋白在结核分枝杆菌硫醇还原电位检测中的应用

结核分枝杆菌感染宿主细胞后,面对宿主强氧化环境,结核分枝杆菌会分泌毫克级的起还原作用的硫醇mycothiol(MSH),为了实时检测硫醇还原电位(EMSH ,mycothiol redox potential ),Bhaskar A等构建了Mrx1-roGFP2重组菌株(Mrx1,MSH-dependent oxidoreductase;roGFP2,redox-sensitive GFP ),利用该菌株,研究人员发现巨噬细胞及不同亚细胞空泡格室环境不同,证明抗结核药物能打破硫醇还原电位平衡发挥杀伤结核分枝杆菌功能,并且硫醇还原电位高的结核分枝杆菌对抗结核药物更为敏感并被杀死。

Fig3. 溶酶体、自噬体等不同膜泡结构中EMSH差异分析

 

参考文献

  1. Gola S, Munder T, Casonato S, Manganelli R, Vicente M. The essential role of SepF in mycobacterial division. Mol Microbiol. 2015 Aug;97(3):560-76.
  2.  Jose L, Ramachandran R, Bhagavat R, Gomez RL, Chandran A, Raghunandanan S, Omkumar RV, Chandra N, Mundayoor S, Kumar RA. Hypothetical protein Rv3423.1 of Mycobacterium tuberculosis is a histone acetyltransferase. FEBS J. 2016 Jan;283(2):265-81.
  3. Bhaskar A, Chawla M, Mehta M, Parikh P, Chandra P, Bhave D, Kumar D, Carroll KS, Singh A. Reengineering redox sensitive GFP to measure mycothiol redox potential of Mycobacterium tuberculosis during infection. PLoS Pathog. 2014 Jan 30;10(1):e1003902.

 

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