2023年，韓國的預(yù)期壽命將達(dá)到83.6歲，在OECD國家中排名第三，并且每年都在穩(wěn)步增長。隨著老年人口比例的增加，治療各種老年疾病的社會成本也迅速增加，人們對疾病早期診斷的興趣日益濃厚。在各種診斷方法中，研究人員正在積極開展測量谷氨酰胺作為老年疾病指標(biāo)的研究，發(fā)現(xiàn)患有癌癥、糖尿病和癡呆癥等嚴(yán)重疾病的患者細(xì)胞和血液中谷氨酰胺的濃度與正常人相比發(fā)生了顯著變化。普通人。
韓國科學(xué)技術(shù)院 (KIST)天然產(chǎn)物研究中心的 Seo, Moon-Hung 博士 與天然產(chǎn)物信息學(xué)研究中心的 Park, Keunwan 博士一起開發(fā)了一種能夠快速準(zhǔn)確測量的技術(shù)通過“配體誘導(dǎo)蛋白質(zhì)組裝”原理，無需復(fù)雜的測量過程和昂貴的分析設(shè)備即可測量谷氨酰胺濃度。
谷氨酰胺是血液中的一種氨基酸，被細(xì)胞用來合成蛋白質(zhì)或作為能量來源，其在某些情況下的快速波動(dòng)使其成為治療和早期診斷疾病的有用生物標(biāo)志物。為此，研究人員正在積極研究體內(nèi)的谷氨酰胺代謝，以診斷代謝和退行性疾病，包括通過抑制谷氨酰胺的代謝來治療癌癥，谷氨酰胺也是癌細(xì)胞的營養(yǎng)物質(zhì)。
到目前為止，體內(nèi)谷氨酰胺濃度的測量一直依賴于氨基酸分析儀等昂貴的專用分析設(shè)備，無法實(shí)時(shí)測量活細(xì)胞中谷氨酰胺濃度的變化。對于成本相對較低的研究試劑盒來說，需要去除生物樣品中的蛋白質(zhì)等繁瑣的前處理過程，導(dǎo)致測量時(shí)間長且精度低。
該團(tuán)隊(duì)基于“配體誘導(dǎo)蛋白組裝”原理，開發(fā)了一種用于測量谷氨酰胺的傳感器蛋白，可以輕松測量血液中谷氨酰胺的濃度。將谷氨酰胺結(jié)合蛋白分離成兩種人工蛋白，然后與樣品結(jié)合，將谷氨酰胺的符號Q和意味著明亮發(fā)光的SHINE組合起來命名為Q-SHINE。實(shí)驗(yàn)表明，Q-SHINE傳感器具有高度選擇性，對谷氨酸和D-谷氨酰胺等結(jié)構(gòu)相似的氨基酸不產(chǎn)生響應(yīng)。可測量的谷氨酰胺最低濃度為 1 微摩爾(μM，百萬分之一摩爾)，比研究試劑盒中最常用的酶法測定低 20 倍。此外，傳感器蛋白可以在大腸桿菌中輕松生產(chǎn)，使得研究套件能夠以與價(jià)值數(shù)億美元的分析儀器相同的水平來分析谷氨酰胺濃度。
研究團(tuán)隊(duì)還利用Q-SHINE傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測活細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)和線粒體中谷氨酰胺濃度的變化。特別是，通過驗(yàn)證癌細(xì)胞和正常細(xì)胞之間谷氨酰胺濃度的差異，有望通過抑制谷氨酰胺代謝來加快抗癌藥物的開發(fā)。
“KIST 開發(fā)的 Q-SHINE 傳感器將能夠輕松監(jiān)測谷氨酰胺濃度，類似于糖尿病患者自我監(jiān)測血糖，”Seo, Moon-Hyeong 博士說。“如果用于谷氨酰胺代謝研究，將極大地有助于早期診斷和識別癌癥、糖尿病和癡呆等嚴(yán)重老年疾病的病因，以及開發(fā)調(diào)節(jié)谷氨酰胺代謝的抗癌藥物。”
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