香港科技大学开发了一种新型拉曼光谱平台来表征稀溶液中的IDPs

香港科技大学(科大)化学系助理教授黄金清教授领导的研究小组，开发出光镊子耦合拉曼光谱，可直接探测与帕金森病密切相关的IDP - α -synuclein的结构特征。

　　

 

   

图像:图中显示了光学镊子控制的热点，用于表面增强拉曼光谱的蛋白质结构表征。

资料来源:Vince St. Dollente Mesias，黄金清/香港科技大学

在低浓度下分析蛋白质是一项具有挑战性的工作，特别是对于那些不同构象的混合物，如内在无序蛋白质(IDPs)。香港科技大学(科大)化学系助理教授黄金清教授领导的研究小组，已开发出光镊子耦合拉曼光谱，可直接探测与帕金森病密切相关的IDP - α -synuclein的结构特征。通过专注于单个蛋白质分子的生理浓度。

idp在生物过程中发挥着重要作用，其中许多与不可治愈的神经退行性疾病有关。作为一种典型的IDP， α -synuclein缺乏稳定的三维结构，即二级结构。它会自发地从一个二级结构转化为另一个二级结构，这最终可能导致与帕金森病病理有关的蛋白质聚集体的积累。然而，转换过程中的瞬态种群具有不同的结构，在动态平衡混合物中以低种群的形式存在。因此，它们的结构特征通常被传统测量技术的检测结果所掩盖，传统测量技术对大样本量和长检测时间检测到的信号进行平均。

在这项研究中，黄教授和她的合作者将光镊和表面增强拉曼光谱(SERS)集成在一个新的平台上，在水环境中产生可调谐和可重复的单分子水平灵敏度的SERS增强。以便在保持其具有重要生物学意义的内在异质性的同时，对这些idp进行表征。具体来说，一个热点可以用光镊可视化和控制，允许蛋白质在微流控流室中通过，这使得便于实时调整测量参数以进行原位光谱表征。它直接鉴定了α -synuclein在生理浓度为1?μM通过在数量和时间上减少集合平均，为理解淀粉样蛋白聚集的起始提供了深刻的见解。因此，该SERS平台在揭示动态、异构和复杂生物系统中IDPs的结构信息方面具有很大的潜力。

“我们的策略能够精确控制两个被捕获的微米尺寸的银纳米颗粒包裹的硅颗粒之间的热点，以提高水相检测中的SERS效率和再现性。除了可调谐的SERS增强，集成光镊还提供亚纳米空间分辨率和亚皮牛顿力灵敏度，以监测等离子体热点中的光物质相互作用，以获得额外的物理洞见。更重要的是，我们的方法开启了一扇新的大门，来表征稀溶液中IDPs的短暂物种，这仍然是生物物理学界的一个重大挑战。最终，充分利用集成光镊的精确力操纵来展开可控热点内的单个蛋白质，并利用集成拉曼光谱从内源分子振动中解析其结构动力学将是令人兴奋的。”

这项研究最近发表在科学杂志《自然通讯》上。

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