南京大学黄硕课题组Nano Lett.：首次展示多肽的纳米孔测序技术原型

蛋白质是生命活动的主要承担者，在合成、催化和信号传递中均发挥着重要作用。由于蛋白质的结构和功能是由氨基酸序列决定的，蛋白质序列分析对于理解重要生命过程和疾病机理至关重要，但是目前的蛋白质测序技术仍然不能满足现实应用的需求，特别是对低丰度蛋白的分析。我们知道核酸是可以通过聚合酶链式反应（PCR）进行扩增的，这对于几乎所有的核酸测序技术都十分重要，但是对于蛋白质而言却没有类似的扩增技术，加上传统的蛋白质测序方法在检测限上受到很大限制，所以低丰度蛋白的检测一直是传统测序方法的难点。考虑到这一点，单分子蛋白测序技术的开发显得尤为紧迫。

纳米孔测序技术是一种新兴的单分子测序技术，可以直接根据碱基的理化性质对其进行识别，基于该技术在DNA和RNA测序方面取得的巨大成功，研究者们对于蛋白质或多肽的纳米孔测序也跃跃欲试。但是由于缺乏合适的测序酶，无法实现蛋白或多肽在纳米孔中的可控运动，所以基于纳米孔的肽链直接测序至今仍未实现。

“纳米孔错位测序技术（Nanopore-Induced Phase-Shift Sequencing, NIPSS）”是近年来由南京大学黄硕（点击查看介绍）团队原创开发的一种新型通用测序技术  ^[1]，除DNA外，NIPSS还实现了非天然核酸（XNA） ^[1] 和microRNA ^[2] 的直接测序。通过构建多肽-DNA嵌合链，并将NIPSS技术应用于多肽分析（图1），该团队成功实现了多肽在纳米孔中的可控运动，获得了具有高度序列特异性的电流信号，而这也是多肽纳米孔测序技术原型的首次报道。

图1. 基于NIPSS的多肽纳米孔测序技术原型展示。图片来源：黄硕团队

通过构建N端或C端偶联的多肽-DNA嵌合链，他们实现了多肽两端氨基酸序列的NIPSS读取，且NIPSS信号表现出高度一致性。此外，由单氨基酸替换引起的电流变化也能被成功识别（图2）。

图2. 由单氨基酸替换引起的电流变化。图片来源：黄硕团队

该研究首次展示了多肽的纳米孔测序技术原型，虽不尽完美，但为多肽测序提供了宝贵的信息和新的思路，其亦可直接应用于短肽的纳米孔测序或是多肽的指纹识别。

该工作近日发表在Nano letters 期刊，南京大学化学化工学院博士生阎双红为论文的第一作者，黄硕教授为论文的通讯作者。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Single molecule ratcheting motion of peptides in a Mycobacterium smegmatis porin A (MspA) nanopore

Shuanghong Yan, Jinyue Zhang, Yu Wang, Weiming Guo, Shanyu Zhang, Yao Liu, Jiao Cao, Yuqin Wang, Liying Wang, Fubo Ma, Panke Zhang, Hong-Yuan Chen, Shuo Huang*

Nano Lett., 2021, DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02371

黄硕

https://www.x-mol.com/university/faculty/56491 

课题组介绍

http://hysz.nju.edu.cn/bionano/ 

参考文献：

1. Yan, S.; Li, X.; Zhang, P.; Wang, Y.; Chen, H. Y.; Huang, S.; Yu, H., Direct sequencing of 2'-deoxy-2'-fluoroarabinonucleic acid (FANA) using nanopore-induced phase-shift sequencing (NIPSS). Chem. Sci., 2019, 10 (10), 3110-3117.

2. Zhang, J.; Yan, S.; Chang, L.; Guo, W.; Wang, Y.; Wang, Y.; Zhang, P.; Chen, H. Y.; Huang, S., Direct microRNA Sequencing Using Nanopore-Induced Phase-Shift Sequencing. iScience, 2020, 23 (3), 100916.