最近，北京大學未來技術學院生物醫(yī)學工程系陳匡時教授課題組基于雙分子熒光互補（Bimolecular Fluorescence Complementation，BiFC）技術，發(fā)展了一種可以在納米尺度下研究細胞內蛋白質相互作用的新型成像技術。該技術克服了傳統(tǒng)BiFC技術易產生假陽性信號的問題，并被用于在納米尺度下解析宿主細胞重要蛋白質參與HIV-1病毒組裝的工作模式。該研究成果已發(fā)表于學術期刊ACS Nano，題目為“A Background Assessable and Correctable Bimolecular Fluorescence Complementation System for Nanoscopic Single-Molecule Imaging of Intracellular Protein-Protein Interactions”。

BiFC技術是一種可在細胞內成像蛋白質相互作用的方法，其原理是將一個完整的熒光蛋白分割成兩個非熒光片段，再將這兩個非熒光片段分別與可能發(fā)生相互作用的兩個目標蛋白連接形成融合蛋白，當目標蛋白在細胞內相互作用時，這兩個非熒光片段會由于空間距離的靠近形成完整的熒光蛋白。然而，在目標蛋白不發(fā)生相互作用的情況下，兩個非熒光片段也可能由于隨機碰撞而自組裝成完整的熒光蛋白，產生假陽性信號，這限制了BiFC技術對目標蛋白相互作用的定量研究。為了克服這一問題，陳匡時課題組開發(fā)了一種能夠檢測并消除這種由非熒光片段自組裝產生的假陽性信號的方法，并將其命名為BAC-BiFC（Background Assessable and Correctable-Bimolecular Fluorescence Complementation）（圖1）。具體來說，他們給BiFC中的一個目標蛋白連接上一個參考熒光蛋白，該參考熒光蛋白不僅可用來表征目標蛋白在細胞內的表達水平與空間分布，還使得研究者可以通過比率成像判斷不同蛋白表達水平下假陽性信號的強弱，從而獲得不受假陽性信號干擾的實驗條件。

圖1. BAC-BiFC工作原理

“通過發(fā)展新的超分辨BiFC技術，我們發(fā)現(xiàn)宿主細胞AGO2蛋白參與了HIV-1病毒顆粒組裝的全過程，是病毒增殖不可或缺的原件。這一發(fā)現(xiàn)有望為HIV病毒和其他逆轉錄病毒的研究提供新的角度。”陳匡時表示。

在HIV-1病毒的增殖過程中，其結構蛋白Gag需要與眾多宿主細胞蛋白發(fā)生相互作用以完成病毒顆粒的組裝與出芽。研究者利用BAC-BiFC技術，在納米尺度下對Gag蛋白與宿主細胞蛋白AGO2之間的相互作用進行了研究【通過結合超分辨率顯微技術direct stochastic optical reconstruction microscopy（dSTORM）實現(xiàn)】。與前人的研究結果不同，研究者發(fā)現(xiàn)Gag蛋白并非只介導病毒顆粒包裝固定數(shù)量的AGO2，而是在病毒組裝后期招募了更多的AGO2（圖2），這提示AGO2參與了HIV-1病毒顆粒組裝的全過程，是病毒增殖不可或缺的原件。這一發(fā)現(xiàn)有望為HIV-1病毒和其他逆轉錄病毒的研究提供新的角度。值得一提的是，除了本工作所涉及的研究對象外，BAC-BiFC技術也具有對生命過程中其它各類蛋白質相互作用乃至其它生物分子之間的相互作用進行可視化研究的潛力。

圖2. 通過超分辨率成像解析HIV-1 Gag蛋白和AGO2在細胞膜上互作，獲得AGO2參與病毒顆粒組裝的模型

陳匡時課題組的毛詩琦、應亞宸、馬昭是這項工作的共同第一作者，課題組成員楊艷濤也在前期工作中作出貢獻，陳匡時是本工作的通訊作者。該工作得到了國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學基金的支持。

來源：北京大學