北海道大学电子科学研究所的三友秀之副教授、该大学研究生院生命科学院博士生Md Abdul Kaiyum等人组成的研究团队，开发出了一种能够从微量样品中高灵敏度获取反映蛋白质立体结构信息的新型分析基底c-AuTAG。相关研究成果已发表在《ACS Sensors》上。
图1．（a）用于表面修饰的L型和D型肽。（b）由肽修饰的三角形金纳米片自组装膜转移至水凝胶表面后形成的手性分析基底（L/D-AuTAG），并通过凝胶过滤捕获法（GFT）向基底引入蛋白质。（c）利用拉曼光谱仪进行拉曼散射测量，并通过差分光谱分析获取蛋白质立体结构相关信息的示意图。（供图：北海道大学副教授三友秀之)
蛋白质的立体结构及糖基化修饰等状态的变化与阿尔茨海默病、糖尿病等多种疾病密切相关，因此亟需能够简便且高灵敏度地评估这些变化的分析技术。以往，作为获取反映蛋白质立体结构信息的方法，已有利用左右圆偏振光的拉曼光学活性（ROA）技术，但ROA需要专用的偏振光学系统，且信号极弱，因此需要高浓度样品和长时间测量。
研究团队此前已开发出将凝胶与等离激元纳米结构相结合的分析基底AuTAG，以及利用凝胶溶胀和收缩将蛋白质引导至热点区域的样品导入法GFT法（凝胶过滤捕获法，Gel-Filled Trapping）。在GFT法中，蛋白质被高效地引导至拉曼信号得到强烈增强的热点区域，从而可从微量样品中获得较强的表面增强拉曼散射（SERS）信号。
此次，研究团队在原有分析基底AuTAG的基础上进一步优化，开发出由L型肽和D型肽修饰的三角形金纳米粒子规则排列的新型分析基底c-AuTAG。在c-AuTAG中，热点区域形成了手性近场（反映手性的光学环境），因此能够高灵敏度地检测反映蛋白质立体结构的拉曼响应。此外，通过在L型基底和D型基底上分别测定同一样品，并开展解析二者拉曼光谱差分的类ROA分析，实现了一种能够在短时间内从微量样品中获取与既往ROA相类似的蛋白质手性信息的新型分析方法。
利用该方法在测定血红蛋白（Hb）和刀豆凝集素A（ConA）时，获得了具有特征性的SERS光谱，表明可从微量蛋白质中高灵敏度地获取分子结构信息。此外，通过分析L型基底和D型基底所得光谱的差分，观察到各自特征性的类ROA信号，并观测到反映蛋白质立体结构差异的响应。另一方面，对糖尿病重要诊断指标——糖化血红蛋白（HbA1c）进行分析后发现，除蛋白质来源的结构信息外，糖基化修饰来源的差异也能被高灵敏度地检测出来。血液中Hb与HbA1c共存，其比例被用于糖尿病的诊断和管理。此次研究确认了HbA1c来源的糖基化修饰信号会随HbA1c比例发生变化，并表明利用该信号有可能对HbA1c比例进行定量评估。
此次开发的分析方法，作为一种能够从少量样品中快速评估蛋白质状态变化的新型测量技术，有望应用于蛋白质研究和生物医药品的质量评价。此外，因其具备高灵敏度检出糖基化修饰、蛋白聚集等疾病相关蛋白质状态变化的潜力，未来有望发展成为用于阿尔茨海默病等神经退行性疾病和糖尿病相关生物标志物分析的新技术，乃至成为支撑健康体检和早期诊断的新型分析技术。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：ACS Sensors
论文：Peptide-Induced Chiral Plasmonic Hotspots for Ultrasensitive Chirality-Dependent Raman Analysis of Proteins
DOI：10.1021/acssensors.6c03237
