亲和素-生物素系统是在免疫组织化学技术的方法上经过不断改进而得到的一种与细胞生物化学紧密结合的产物。其中，作为非共价键结合对，链霉亲和素-生物素系统在生物分子的固定及纯化、生物传感器及生物成像领域都有着广泛应用。但是链霉亲和素的分子量大多在6000左右，这会在一定程度上降低其在分子水平成像上的准确度，同时较大的分子量会降低其细胞渗透性。此外，链霉亲和素和生物素之间高达1013 M-1的亲和性意味着它们之间的结合几乎是不可逆的，这意味着除非使用苛刻的条件使链霉亲和素变形，不然链霉亲和素不可能从目标蛋白上脱落。因此这种高的亲和性反而阻碍了链霉亲和素-生物素系统在蛋白质的分析及成像方面的应用。所以，发展基于小分子的非共价键标记技术成为了现在成像领域的热点及难点问题。

图1. 超分子锁定系统示意图

（图片来源：Nat. Common. 2018, 1712）

近日，韩国基础科学研究所（IBS）的Kimoon Kim教授与科学技术联合大学院大学Kyeng Min Park教授联手，发展出了一种基于主客体相互作用的超分子标记技术（Supramolecular Latching System）。与基于蛋白质的染色技术不同，新型的标记技术是以葫芦[7]脲与金刚烷胺或者氨基二茂铁间的超高亲和性为基础的。为了证明这种方法的普遍适用性，作者选取了细胞内不同位置的蛋白质作为标记对象，先通过常规的方法将氨基二茂铁或者金刚烷胺连接到特定位置的蛋白质上，之后再通过连接有染料的葫芦[7]脲（Cy3-CB[7]）对其进行成像。此外，这种标记方法可以通过加入竞争化合物的方式对标记及成像进行调控。该成果以“Supramolecular latching system based on ultrastable synthetic binding pairs as versatile tools for protein imaging”为题发表于《自然·通讯》（DOI: 10.1038/s41467-018-04161-4）。

图2. 基于亲和素-生物素系统（上）及超分子锁定系统（下）的共定位结果

（图片来源：Nat. Common. 2018, 1712）

文章首先对比了Cy3-CB[7]与商业化染料Alexa Fluor 647（AF647）–SA的成像能力，以初步探究超分子锁定系统是否能够应用于生物成像。通过对高尔基体的成像可以发现，AF647–SA不仅标记了高尔基体上的蛋白质，也标记了细胞质中的一些蛋白质。这证明细胞中含有不可忽略的生物素化的蛋白质，而亲和素不可避免地与它们进行了结合。使用Cy3-CB[7]进行成像则不存在类似的问题。此外，通过定量地计算共定位的结果，作者发现基于主客体相互作用的标记技术确实拥有更高的准确性。

图3. 超分子锁定系统对不同位置的蛋白质的荧光成像

（图片来源：Nat. Common. 2018, 1712）

在验证完超分子锁定系统的成像能力后，作者对细胞内不同位置的蛋白进行了成像研究，结果发现不论是通过化学标记、酶辅助标记还是SNAP-tag方法，Cy3-CB[7]都可以准确高效地与蛋白质上的氨基二茂铁或者金刚烷胺进行连接。此外，加入拥有更高亲和性的竞争客体（BAFc）可以使得Cy3-CB[7]与目标蛋白脱离，从而实现标记及成像的可控性。

图4. 超分子锁定系统对秀丽隐杆线虫的荧光成像

（图片来源：Nat. Common. 2018, 1712）

在细胞水平的成像中获得了成功之后，作者并没有停下脚步，他们进一步探究了超分子锁定系统在动物水平成像方面的应用。作者选取了秀丽隐杆线虫（C. elegans）作为研究模型，通过EDC催化反应将金刚烷胺连接到了秀丽隐杆线虫体内的蛋白质上，并在加入Cy3-CB[7]后对秀丽隐杆线虫进行了荧光成像，结果表明超分子锁定系统具有动物水平成像的潜力。

全文作者：M. Li, A. Lee, K. L. Kim, J. Murray, A. Shrinidhi, G. Sung, K. M. Park, K. Kim

原文来自http://www.chembeango.com/news/art?id=19966