2023年，韓國的預期壽命將達到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的研究，發(fā)現(xiàn)患有癌癥、糖尿病和癡呆癥等嚴重疾病的患者細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)物信息學研究中心的 Park, Keunwan 博士一起開發(fā)了一種能夠快速準確測量的技術(shù)通過“配體誘導蛋白質(zhì)組裝”原理，無需復雜的測量過程和昂貴的分析設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使其成為治療和早期診斷疾病的有用生物標志物。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備，無法實時測量活細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，導致測量時間長且精度低。
該團隊基于“配體誘導蛋白組裝”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。實驗表明，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?？蓽y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。
研究團隊還利用Q-SHINE傳感器實時監(jiān)測活細胞細胞質(zhì)和線粒體中谷氨酰胺濃度的變化。特別是，通過驗證癌細胞和正常細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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