黄硕课题组Nano Letters首次报道纳米孔多肽测序的技术原型

bingnuan

蛋白质是生命的基础物质，在合成、催化和信号传感等所有生命活动中均承担着重要的功能。因此，开发一种可靠、高效的蛋白质测序技术对于理解生命过程和揭示疾病机理而言至关重要。传统的蛋白质测序方法，如质谱法、Edman降解法，虽为蛋白质领域做出了巨大贡献，但其在检测限和动态范围方面存在较大局限性，无法完全满足现实应用的需求，尤其是在低丰度蛋白质标志物的检测方面。因此，如果能在单分子水平上实现蛋白质的测序，将为检测低丰度蛋白和实现单细胞蛋白质组学提供极高的灵敏度，并大大推动相关领域的发展。
       纳米孔测序技术是近年来新兴的一种单分子测序技术，已在DNA和RNA测序方面取得了巨大成功，这也激励着研究者们对于蛋白质或多肽纳米孔测序的尝试。但是多肽纳米孔测序的实现面临着诸多挑战，其中一个主要的困难是如何实现多肽在纳米孔中可控的棘轮运动，而这主要受限于目前没有合适的多肽测序酶。
     “纳米孔错位测序技术（Nanopore-Induced Phase-Shift Sequencing, NIPSS）”是近年来由我院黄硕课题组原创开发的一种新型测序技术，作为一种通用的测序技术，NIPSS已经成功实现了除DNA外其他生物大分子的测序，如非天然核酸（XNA）和microRNA的直接测序。在此工作中，我院黄硕课题组使用NIPSS技术成功展示了多肽的纳米孔测序技术原型（图1）。

图1：基于NIPSS的多肽纳米孔测序技术原型展示。

       为了验证NIPSS技术进行多肽测序的可行性，我院黄硕课题组构建了多肽-DNA嵌合链（图1 A）。嵌合链的DNA部分为“驱动链”，在NIPSS检测过程中（图1B），DNA测序酶通过拉动DNA部分实现了整条多肽-DNA嵌合链在纳米孔中的可控棘轮运动，从而实现了多肽的纳米孔直接读取。多肽的NIPSS信号表现出高度的一致性和序列相关性，由单氨基酸替换引起的电流变化也能被清楚地检测到。通过将多肽的N端或C端与DNA驱动链进行偶联，我院黄硕课题组也成功实现了对多肽两端氨基酸序列信息的读取。
        该工作以“Single molecule ratcheting motion of peptides in a Mycobacterium smegmatis porin A (MspA) nanopore”为题，于2021年7月28日在《Nano Letters》发表相关论文（DOI：10.1021/acs.nanolett.1c02371，文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c02371）。我院阎双红博士为该论文第一作者，我院黄硕教授为该论文通讯作者。此项研究得到了国家自然科学基金（项目编号：31972917, 91753108, 21675083）、江苏省高层次创业创新人才引进计划（个人、团体计划）、江苏省自然科学基金（项目编号：BK20200009）等经费支持。


         文章来源：南京大学
       黄硕，南京大学教授、博士生导师,2006年于南京大学物理系获得物理学学士学位；2011年于美国亚利桑那州立大学获得生物物理学博士学位； 导师是Stuart Lindsay教授；2011年至2014年在英国牛津大学从事博士后研究工作，导师是Hagan Bayley教授。 2015年7月应聘南京大学化学化工学院教授。现从事主要科研方向为具有仿生学概念的单分子纳米孔生物传感器的 新仪器，新技术的开发。以及基于纳米孔的单分子显微成像技术。其中在纳米孔单分子成像方面具有原创性技术， 具有国际前沿研发水平。目前已于国际权威期刊Nature Nanotechnology, Nano Letters, Journal of Physical Chemistry C, Nanotechnology, Review of Scientific Instrument发表论文9篇。总引用大于500次。 其中以第一作者发表Nature Nanotechnology 2篇，并入选2010年12月刊封面。已授权国际专利两项，并分别 转让Roche,OxfordNanopore Technologies等企业。