北海道大學電子科學研究所的三友秀之副教授、該大學研究生院生命科學院博士生Md Abdul Kaiyum等人組成的研究團隊，開發出了一種能夠從微量樣品中高靈敏度獲取反映蛋白質立體結構資訊的新型分析基底c-AuTAG。相關研究成果已發表在《ACS Sensors》上。
圖1．（a）用於表面修飾的L型和D型肽。（b）由肽修飾的三角形金奈米片自組裝膜轉移至水凝膠表面後形成的手性分析基底（L/D-AuTAG），並通過凝膠過濾捕獲法（GFT）向基底引入蛋白質。（c）利用拉曼光譜儀進行拉曼散射測量，並通過差分光譜分析獲取蛋白質立體結構相關資訊的示意圖。（圖片提供：北海道大學副教授三友秀之)
蛋白質的立體結構及糖基化修飾等狀態的變化與阿茲海默症、糖尿病等多種疾病密切相關，因此亟需能夠簡便且高靈敏度地評估這些變化的分析技術。以往，作為獲取反映蛋白質立體結構資訊的方法，已有利用左右圓偏振光的拉曼光學活性（ROA）技術，但ROA需要專用的偏振光學系統，且信號極弱，因此需要高濃度樣品和長時間測量。
研究團隊此前已開發出將凝膠與等離激元奈米結構相結合的分析基底AuTAG，以及利用凝膠膨潤和收縮將蛋白質引導至熱點區域的樣品導入法GFT法（凝膠過濾捕獲法，Gel-Filled Trapping）。在GFT法中，蛋白質被高效地引導至拉曼信號得到強烈增強的熱點區域，從而可從微量樣品中獲得較強的表面增強拉曼散射（SERS）信號。
此次，研究團隊在原有分析基底AuTAG的基礎上進一步優化，開發出由L型肽和D型肽修飾的三角形金奈米粒子規則排列的新型分析基底c-AuTAG。在c-AuTAG中，熱點區域形成了手性近場（反映手性的光學環境），因此能夠高靈敏度地檢測反映蛋白質立體結構的拉曼響應。此外，通過在L型基底和D型基底上分別測定同一樣品，並開展解析二者拉曼光譜差分的類ROA分析，實現了一種能夠在短時間內從微量樣品中獲取與既往ROA相類似的蛋白質手性資訊的新型分析方法。
利用該方法在測定血紅蛋白（Hb）和刀豆凝集素A（ConA）時，獲得了具有特徵性的SERS光譜，表明可從微量蛋白質中高靈敏度地獲取分子結構資訊。此外，通過分析L型基底和D型基底所得光譜的差分，觀察到各自特徵性的類ROA信號，並觀測到反映蛋白質立體結構差異的響應。另一方面，對糖尿病重要診斷指標——糖化血紅蛋白（HbA1c）進行分析後發現，除蛋白質來源的結構資訊外，糖基化修飾來源的差異也能被高靈敏度地檢測出來。血液中Hb與HbA1c共存，其比例被用於糖尿病的診斷和管理。此次研究確認了HbA1c來源的糖基化修飾信號會隨HbA1c比例發生變化，並表明利用該信號有可能對HbA1c比例進行定量評估。
此次開發的分析方法，作為一種能夠從少量樣品中快速評估蛋白質狀態變化的新型測量技術，有望應用於蛋白質研究和生物醫藥品的品質評價。此外，因其具備高靈敏度檢出糖基化修飾、蛋白聚集等疾病相關蛋白質狀態變化的潛力，未來有望發展成為用於阿茲海默症等神經退行性疾病和糖尿病相關生物標誌物分析的新技術，乃至成為支撐健康體檢和早期診斷的新型分析技術。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：ACS Sensors
論文：Peptide-Induced Chiral Plasmonic Hotspots for Ultrasensitive Chirality-Dependent Raman Analysis of Proteins
DOI：10.1021/acssensors.6c03237
