タンパク質UV検出で究極的感度達成

January, 31, 2023, Marseille--Institut Fresnelの研究チームは、ラベルフリータンパク質検出の可能性を解き放つ。UV自然蛍光とナノフォトニクスで限界感度達成した。

タンパク質は、UVでは自然に蛍光を放ち、外部蛍光ラベルを導入することなく、自然状態でタンパク質を調べる魅力的なアプローチを提供する。タンパク質のUV自然蛍光は、トリプトファンアミノ酸の存在に基づいている。これは､一般にタンパク質当たり1～5トリプトファンとして現れる。しかし、弱い信号とUVの大きな背景のために現行技術は、数10のトリプトファン残余を特徴とする大きなタンパク質に限られていた。大半のタンパク質は、単一ラベルフリータンパク質検出では、検出感度以下のままだった。

Institut Fresnelの研究チームは、この感度限界に割り込み、信号のナノフォトニクス増強により、ラベルフリーUV自家蛍光検出をシングルトリプトファンレベルまで下げた。同アプローチは、合理的に設計されたプラズモンアンテナ、抗酸化物質、信号とバックグラウンド比を桁違いに改善する背景雑音低減技術によるものである。シングルトリプトファン領域までUV-FCS限界感度達成は、ナノフォトニクスからバイオケミストリーまで様々なコミュニティに広範なアプリケーションがある。

最終的に、シングルトリプトファン残余のタンパク質で研究チームはUV-蛍光相関分光法(FCS)を実証した。これは、UV-FCSのアプリケーションを広範な数千のタンパク質ライブラリに解放する。これらは、以前にはアクセスできないままだった(人のタンパク質の90%以上が､少なくとも1つのトリプトファン残余であり、わずか4%が、20を超えるトリプトファンである)。蛍光相関分光法(FCS)と関連技術は、拡散特性、局所濃度、あるいは反応速度の評価で、分子生物物理学に大きな影響を及ぼす。

信号対背景ノイズ最大化アプローチは、単一分子蛍光、フォトニクスあるいはプラズモニクスに取り組んでいる広範な研究者やエンジニアの関心事である。研究論文は、多くの専門分野にわたる側面を詳細に説明している。(1)蛍光を強化するプラズモニックナノフォトニクスエレメント、(2)UVの至る所にある活性酸素種を無効にする抗酸化物質、背景の物理的原因の合理的理解に基づく背景抑制。
(詳細は、https://www.fresnel.fr)