2021年12月16日，《自然·化學生物》期刊以“Stepwise membrane binding of extended synaptotagmins revealed by optical tweezers”為題，發表了中國計量大學光學與電子科技學院教師李暘暉副教授參與的研究成果。文章應用光鑷研究了延長的突出結合蛋白（E-Syts）與質膜（PM）的結合過程。中國計量大學教師李暘暉副教授為該文章的共同第一作者。
圖1 文章首頁
2018年，阿瑟·阿什金 (Arthur Ashkin)因發現光的動量可以被用作一套極其靈敏的“鑷子”而獲得諾貝爾物理學獎。如圖2所示，足夠強的光線透過高度聚焦可以將塑膠小球等物體固定在適當的位置，這些小球可以做上表面修飾以粘附在蛋白質、細胞骨架細絲、DNA、RNA等各種生物分子上。使用光鑷捕獲兩個小球作為鉤子，將一個單分子夾在中間。透過控制鐳射來移動小球以及小球中間的樣品，監控小球的位置並測量力的值，從而計算出樣品分子的機械特性，例如其彈性，並誘導和研究結構轉變。很多生物大分子的功能與其構象和構象動力學密切相關，如蛋白質的生物功能需要其摺疊成自然形態。研究蛋白質如何正確摺疊改變構象以實現生物功能，對理解疾病發生至關重要，目前利用高解析度雙光鑷技術檢測蛋白質摺疊、去摺疊和構象動力學已成為單分子水平上力譜研究較為火熱的技術。
圖 2 光鑷工作示意圖
E-Syts涉及到一系列相互關聯的細胞功能，包括鈣和受體訊號傳導以及膜脂轉運。文章基於高解析度光鑷的新方法對人類E-Syt1、E-Syt2的胞質部分的膜相互作用進行了綜合分析。實驗中將E-Syt1和E-Syt2的含C2域，即E-Syt1 C2ABCDE或E-Syt2 C2ABC一端系鏈到表面修飾過雙層的矽小球，另一端透過2260個鹼基對的雙鏈DNA系鏈到聚苯乙烯小球上，兩個小球用雙光鑷分別捕獲用於檢測拉力和伸長蛋白質-DNA。
圖 3 利用光鑷拉動單個E-Syt1 C2ABCD域的實驗示意圖
圖4(a)為以10奈米每秒的速率改變兩個光勢阱的距離，將力的變化施加在蛋白片段上的結果。FEC在低力下（<12 pN，紅色和綠色箭頭）表現出至少兩次伸展跳躍和高達五次的強力跳躍（> 12 pN，藍色箭頭）,其中低力跳躍是膜相關的。這些跳躍可能是由於不同C2結構域從脂質雙層逐步開啟所致，揭示了C2結構域結合PM並調節ER與PM距離的過程。
材料來源 | 光學與電子科技學院
