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南京大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)納米孔蛋白質(zhì)組學(xué)重大突破
蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的執(zhí)行者，由20種天然存在的蛋白質(zhì)氨基酸構(gòu)成。與高歌猛進(jìn)的DNA測(cè)序技術(shù)相比，高靈敏、
高通量的蛋白質(zhì)測(cè)序技術(shù)的發(fā)展嚴(yán)重滯后，目前僅Edman降解法和質(zhì)譜法能做到蛋白質(zhì)測(cè)序。然而，Edman降解法
的序列分析長(zhǎng)度有限，質(zhì)譜法的檢測(cè)限和動(dòng)態(tài)范圍阻礙了低豐度蛋白質(zhì)的分析鑒定和新型生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)。單
分子蛋白質(zhì)測(cè)序技術(shù)可以提供更高的靈敏度和準(zhǔn)確度，有望助力單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展。2023年，《Nature》
雜志將單分子蛋白質(zhì)測(cè)序技術(shù)評(píng)為未來(lái)一年對(duì)科技創(chuàng)新產(chǎn)生巨大影響的七項(xiàng)新技術(shù)之一。
相比于核酸的4種核苷酸基本單元，蛋白質(zhì)由20種氨基酸組成，具有更復(fù)雜的化學(xué)多樣性。無(wú)論采取哪種讀
出方式，檢測(cè)20個(gè)可區(qū)分的信號(hào)本身就是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，準(zhǔn)確解讀蛋白質(zhì)上的翻譯后修飾信息對(duì)分析方法的檢
測(cè)分辨率提出了更高的要求。
近日，南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院黃碩教授課題組構(gòu)建了一種工程化恥垢分枝桿菌膜蛋白A (MspA)?納米孔，實(shí)
現(xiàn)了全部蛋白質(zhì)氨基酸及它們的翻譯后修飾檢測(cè)。研究團(tuán)隊(duì)在孔道的收縮區(qū)域引入了一個(gè)鎳離子-次氮基三乙酸
（Ni-NTA）適配體，利用配位相互作用實(shí)現(xiàn)了全部蛋白質(zhì)氨基酸的直接檢測(cè)和區(qū)分，區(qū)分準(zhǔn)確率高達(dá)98.8%，是
世界上第一個(gè)能完全分辨所有20種蛋白質(zhì)氨基酸的納米孔。在本篇工作中，作者亦采用了同種孔道，進(jìn)而同時(shí)區(qū)
分了4種常見(jiàn)的翻譯后修飾氨基酸。
圖1：基于Ni-NTA修飾的MspA納米孔對(duì)20種氨基酸的檢測(cè)
隨后，作者將該策略用于多肽的氨基酸組成分析。作者使用氨肽酶將肽消化為單個(gè)的氨基酸，然后利用納米
孔讀取電流事件，經(jīng)過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)識(shí)別氨基酸身份，最終重構(gòu)出原始肽序列的氨基酸圖譜。
圖2：基于納米孔策略的肽的氨基酸組成鑒定
該納米孔傳感器還可以在分辨20種氨基酸的同時(shí)直接分辨翻譯后修飾（如磷酸化、甲基化、糖基化、乙酰化），
對(duì)納米孔蛋白質(zhì)測(cè)序和翻譯后修飾的測(cè)序檢測(cè)具有里程碑意義。
圖3：機(jī)器學(xué)習(xí)輔助20種天然氨基酸及4種修飾氨基酸的識(shí)別
該工作以“Unambiguous discrimination of all 20 proteinogenic amino acids and their modifications
by nanopore”為題，于2023年9月25日在《Nature Methods》發(fā)表相關(guān)論文（論文鏈接：https://doi.org/
10.1038/s41592-023-02021-8）。南京大學(xué)黃碩教授為該論文唯一通訊作者，化學(xué)化工學(xué)院博士生王可凡、張善
雨及物理學(xué)院博士生周驍為該論文共同第一作者。此項(xiàng)研究得到了科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、
江蘇省自然科學(xué)基金等經(jīng)費(fèi)支持。
