大阪大學研究生院理學研究科的今田勝巳教授、研究生大坪史步，以及京都大學研究生院生命科學研究科的今村博臣副教授等人組成的研究團隊發佈研究成果稱，透過改變綠色螢光蛋白（GFP），成功地人工製備出了紅色螢光蛋白（RFP）。研究團隊着眼於發綠色螢光的叢生盔形珊瑚（Galaxea fascicularis）的GFP，將其轉變爲了RFP。此外，研究團隊還闡明瞭其三維結構，以及對形成紅色螢光發色團非常重要的氨基酸及其三維排列。上述成果有望促進適用於生物深部成像的高性能RFP的開發。相關成果已刊登在美國科學雜誌《Proceedings of the National Academy of Sciences》10月23日號上。
圖1. 純化成螢光蛋白後發出的螢光（供圖：大阪大學）
(a) 源自叢生盔形珊瑚的GFP
(b) AR0.1
(c) AR1.0
螢光蛋白被用作標記物和感測器，以獲得生物活體內的如特定蛋白質的表達、分佈和相輔作用等資訊。到目前爲止，長時間觀察組織和器官等較厚的樣本所需的紅色螢光蛋白僅有由天然RFP製成且輝度不夠的螢光蛋白。天然螢光蛋白大多爲綠色，紅色螢光蛋白僅在極少數的生物中發現過。
圖2. 螢光蛋白發色團的結構（供圖：大阪大學）
此次，研究人員重點關注了胺基酸序列與天然RFP比較接近的源自叢生盔形珊瑚的GFP（AG），並研究了在天然RFP中高度保存，但在GFP中沒有保存的35處胺基酸殘基。結果發現，將這35處氨基酸轉變爲天然RFP的氨基酸時，除了綠色螢光外，還能發出微弱的紅色螢光。
研究團隊透過運用蛋白質工程學方法，在這種突變蛋白的AG中引入29處突變，成功製備出了發射紅光（600 奈米以上）的螢光蛋白中擁有最高級別的量子效率（螢光物質吸收的激發光光量子數與作爲螢光發出的光量子數之比）的RFP、AR1.0。
此外，還利用大型同步輻射設施SPring-8透過X射線晶體結構分析，詳細調查了AG和AR1.0的三維結構，並根據結構差異，闡明瞭形成紅色發色團所必需的螢光蛋白内部的氨基酸排列。
今村副教授表示：「在開始這項研究的初期，由於紅色螢光的出現不盡如人意，我們曾經非常苦惱，但透過不斷地探索和研究，終於開發出了第一個源自GFP的RFP。 雖然往往螢光蛋白的實用性更受關注，但發色團的形成機制也是一個有趣的研究課題。此次的研究可以幫助我們更好地理解RFP發色團的形成機制，使得在理論層面上設計和開發出高性能RFP成爲可能。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日 本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Proceedings of the National Academy of Sciences
論文：Red fluorescent proteins engineered from green fluorescent proteins
DOI：doi.org/10.1073/pnas.2307687120
