大阪大学研究生院理学研究科的今田胜巳教授、研究生大坪史步，以及京都大学研究生院生命科学研究科的今村博臣副教授等人组成的研究团队发布研究成果称，通过改变绿色荧光蛋白（GFP），成功地人工制备出了红色荧光蛋白（RFP）。研究团队着眼于发绿色荧光的丛生盔形珊瑚（Galaxea fascicularis）的GFP，将其转变为了RFP。此外，研究团队还阐明了其三维结构，以及对形成红色荧光发色团非常重要的氨基酸及其三维排列。上述成果有望促进适用于生物深部成像的高性能RFP的开发。相关成果已刊登在美国科学杂志《Proceedings of the National Academy of Sciences》10月23日号上。
图1. 纯化成荧光蛋白后发出的荧光（供图：大阪大学）
(a) 源自丛生盔形珊瑚的GFP
(b) AR0.1
(c) AR1.0
荧光蛋白被用作标记物和传感器，以获得生物体内的如特定蛋白质的表达、分布和相互作用等信息。到目前为止，长时间观察组织和器官等较厚的样本所需的红色荧光蛋白仅有由天然RFP制成且亮度不够的荧光蛋白。天然荧光蛋白大多为绿色，红色荧光蛋白仅在极少数的生物中发现过。
图2. 荧光蛋白发色团的结构（供图：大阪大学）
此次，研究人员重点关注了氨基酸序列与天然RFP比较接近的源自丛生盔形珊瑚的GFP（AG），并研究了在天然RFP中高度保存，但在GFP中没有保存的35处氨基酸残基。结果发现，将这35处氨基酸转变为天然RFP的氨基酸时，除了绿色荧光外，还能发出微弱的红色荧光。
研究团队通过运用蛋白质工程学方法，在这种突变蛋白的AG中引入29处突变，成功制备出了发射红光（600 纳米以上）的荧光蛋白中拥有最高级别的量子效率（荧光物质吸收的激发光光子数与作为荧光发出的光子数之比）的RFP、AR1.0。
此外，还利用大型同步辐射设施SPring-8通过X射线晶体结构分析，详细调查了AG和AR1.0的三维结构，并根据结构差异，阐明了形成红色发色团所必需的荧光蛋白内部的氨基酸排列。
今村副教授表示：“在开始这项研究的初期，由于红色荧光的出现不尽如人意，我们曾经非常苦恼，但通过不断地探索和研究，终于开发出了第一个源自GFP的RFP。 虽然往往荧光蛋白的实用性更受关注，但发色团的形成机制也是一个有趣的研究课题。此次的研究可以帮助我们更好地理解RFP发色团的形成机制，使得在理论层面上设计和开发出高性能RFP成为可能。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日 本编辑部
【论文信息】
杂志：Proceedings of the National Academy of Sciences
论文：Red fluorescent proteins engineered from green fluorescent proteins
DOI：doi.org/10.1073/pnas.2307687120
