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作者及研究机构
本研究的主要作者包括Fanny Laporte, Yves Chenavier, Alexandra Botz, Christelle Gateau, Colette Lebrun, Sarah Hostachy, Claude Vidaud, 和 Pascale Delangle。研究机构为IRIG, SYMMES, Université Grenoble Alpes, CEA, CNRS, Grenoble INP（法国格勒诺布尔）以及CEA, Fundamental Research Division, Biosciences and Biotechnologies Institute of Aix-Marseille（法国巴尼奥尔斯-塞兹）。该研究于2022年发表在《Angewandte Chemie International Edition》期刊上。
学术背景
铀（Uranium）是自然界中最重的元素，主要以二氧铀离子（UO₂²⁺）的形式存在于环境中，具有放射性和化学毒性。人类活动导致土壤和水中的铀含量局部增加，因此研究铀与生物分子（尤其是蛋白质）的相互作用对于理解其毒性机制和开发去污策略至关重要。然而，现有的测定蛋白质与铀结合亲和力的技术通常需要特定设备和专业知识，且实验条件（如pH值、缓冲液组成、离子强度等）可能影响测量结果。因此，本研究旨在开发一种简单、高效的基于荧光的方法，用于在平衡状态和缓冲溶液中评估蛋白质和肽与铀的亲和力。
研究流程
1. 设计与表征荧光探针
研究团队首先设计并表征了一种新型的铀结合荧光探针。该探针基于一种六肽结构（Pnn），其中包含两个非天然的金属螯合氨基酸（Adan）。通过将萘酰亚胺（Naphthalimide, Naph）荧光团连接到六肽的N端，开发了荧光探针NaphP。该探针在生理pH条件下与铀结合，并表现出与生物荧光正交的特性，避免了天然荧光氨基酸（如色氨酸）的干扰。
构建铀亲和力参考尺度
利用NaphP探针，研究团队构建了一个铀亲和力的参考尺度。通过观察高亲和力铀结合肽对探针荧光信号的淬灭，建立了铀结合亲和力的定量关系。实验中使用了多种生物模拟肽（如PSn系列），这些肽通过不同的磷酸化程度模拟蛋白质中的铀结合位点。通过荧光淬灭滴定实验，测定了这些肽与铀的结合常数，并验证了其稳定性。
验证方法并评估天然蛋白质的铀亲和力
研究团队使用开发的荧光探针和参考尺度，重新评估了四种天然蛋白质（血清白蛋白、脱铁转铁蛋白、胎球蛋白A和骨桥蛋白）与铀的结合亲和力。实验结果表明，胎球蛋白A和骨桥蛋白对铀的亲和力显著高于血清白蛋白和脱铁转铁蛋白。这些结果与之前使用其他技术（如CE-ICP-MS）获得的数据一致，验证了该方法的可靠性。
主要结果
1. 荧光探针的设计与表征
NaphP探针在生理pH条件下与铀结合，其结合常数为10^9.7，与天然蛋白质的铀结合亲和力范围相当。荧光淬灭实验表明，NaphP的荧光信号与天然荧光氨基酸无重叠，适合用于复杂生物样品中的铀结合检测。
铀亲和力参考尺度的构建
通过荧光淬灭滴定实验，研究团队确定了多种生物模拟肽（如PS0、PS1、PS2、PS3、PS4）与铀的结合常数。结果表明，磷酸化程度越高的肽对铀的亲和力越大。例如，PS4的结合常数为10^11.5，显著高于PS0（10^8.2）。
天然蛋白质的铀亲和力评估
使用NaphP探针和参考尺度，研究团队重新评估了四种天然蛋白质的铀结合亲和力。结果显示，胎球蛋白A和骨桥蛋白对铀的亲和力最高（分别为10^11.4和10^11.5），而血清白蛋白和脱铁转铁蛋白的亲和力较低（分别为10^8.8和10^8.9）。这些结果与之前的研究一致，验证了该方法的准确性。
结论与意义
本研究开发了一种基于荧光的简单、高效的方法，用于评估蛋白质和肽与铀的亲和力。该方法在生理条件下进行，无需复杂设备，适用于化学和生物化学实验室。通过构建铀亲和力参考尺度，研究团队能够可靠地评估多种天然蛋白质的铀结合能力。该方法为理解铀的毒性机制和开发去污策略提供了重要工具。
研究亮点
1. 新颖的荧光探针设计
NaphP探针结合了非天然荧光团和六肽结构，能够在生理pH条件下高效结合铀，并避免与生物荧光的干扰。
2. 铀亲和力参考尺度的构建
通过荧光淬灭滴定实验，建立了铀结合亲和力的定量关系，为评估未知化合物的铀结合能力提供了参考。
3. 天然蛋白质铀亲和力的重新评估
研究结果证实了胎球蛋白A和骨桥蛋白对铀的高亲和力，为理解铀在生物体内的分布和毒性提供了新见解。
其他有价值的内容
本研究还探讨了短合成肽H8V的铀结合能力，结果表明其亲和力低于类似的生物模拟肽，提示了肽结构对铀结合能力的重要影响。这一发现为设计高亲和力铀结合肽提供了新的思路。
本研究为铀与蛋白质相互作用的研究提供了一种简单、可靠的工具，具有重要的科学和应用价值。