一种用于蛋白质时空控制标记的光激活SNAP标签

分享一篇发表在JACS Au上的文章，标题为“SNAPpa: A Photoactivatable SNAP-tag for the Spatiotemporal Control of Protein Labeling”，通讯作者是来自德国柏林Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP)研究所的Johannes Broichhagen和德国雷根斯堡大学的Andrea Hupfeld，两者的研究兴趣均在于蛋白质的荧光标记。

SNAP-tag是最常用的蛋白质自标记标签之一。SNAP标签本身无荧光，但其活性中心的半胱氨酸可以与荧光发色团衍生的O6-苄基鸟嘌呤（BG）发生共价反应，使蛋白质带上荧光信号，但尚无法实现有效的时空控制。作者计划采用光脱笼非天然氨基酸插入的策略，使SNAP-tag正常状态下被封闭，不能与BG反应，而能在光照下脱笼激活获得反应性，从而用光照对SNAP-tag标记进行时空控制，并将该技术命名为“SNAPpa”。

作者选择了经典的光脱笼非天然酪氨酸ONBY进行蛋白质设计。作者尝试用ONBY替换SNAP-tag的BG结合位点附近的Y69、Y114和Y158酪氨酸，成功体外表达纯化获得Y114和Y158变体后，作者对其脱笼前后与BG标记的反应进行了研究，并发现对于大多数染料，ONBY的引入限制了SNAPpa与染料反应的能力，而Y114变体脱笼后与多数染料反应产生的荧光信号更强，并且其标记动力学也更高。

随后，作者将SNAPpa运用到活细胞的蛋白质荧光成像中。作者首先将SNAPpa与核定位序列融合转染至HEK293T细胞中进行光激活的细胞核成像。结果中，只有光照区域的细胞核能产生荧光信号，表明作者成功实现时空控制的蛋白质自标记。在此基础上，作者将SNAPpa与Halotag7（HT7）以及跨膜结构域（TM）融合表达，使表达时HT7部分位于细胞膜内，而SNAPpa位于细胞膜外。分别用SNAPpa和HT7各自的底物反应后，作者成功实现用HT7监测蛋白表达，用SNAPpa的光脱笼实现时间控制的膜标记。随后作者用同样的原理实现了对胰高血糖素样肽1受体（GLP1R）的光脱笼成像。