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新加坡國(guó)立大學(xué)姚少欽教授 Angew: 深度學(xué)習(xí)輔助水凝膠傳感器多重識(shí)別蛋白質(zhì)翻譯后修飾
2023-03-03  來(lái)源：高分子科技

  蛋白質(zhì)的翻譯后修飾（PTMs）在許多生物過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，包括細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)、基因表達(dá)和蛋白質(zhì)折疊，并且異常的PTMs與多種疾病有關(guān)，例如癌癥。因此，對(duì)PTMs的多重檢測(cè)在早期診斷蛋白質(zhì)相關(guān)疾病方面具有重要意義。


  近日，新加坡國(guó)立大學(xué)姚少欽團(tuán)隊(duì)在《Angew. Chem. Int. Ed.》發(fā)表了題為“Multiplex Identification of Post-Translational Modifications at Point-of-Care by Deep Learning-Assisted Hydrogel Sensors”的論文（DOI：10.1002/anie.202218412）。該團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種機(jī)器學(xué)習(xí)輔助的光子晶體水凝膠（PCH）傳感器，用于多重檢測(cè)PTMs，特別是在癌癥診斷中的應(yīng)用。該成果通過(guò)將多個(gè)密切相關(guān)的PCH傳感器集成在一個(gè)檢測(cè)芯片上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)特定蛋白質(zhì)位點(diǎn)的快速篩查，只需用肉眼或手機(jī)即可實(shí)現(xiàn)，并證明了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蛋白質(zhì)磷酸化的可能性。 


圖1. PCH傳感器芯片的制備及智能檢測(cè)/預(yù)測(cè)過(guò)程的示意圖


  該項(xiàng)研究的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的PCH傳感器芯片能夠裸眼檢測(cè)并識(shí)別蛋白質(zhì)/多肽的不同PTM類型，如磷酸化、甲基化和乙；Ｗ髡咭圆ㄐ蔚鞍祝╒IM）為例進(jìn)行了不同磷酸化位點(diǎn)、不同變異類型、不同截?cái)嗟淖R(shí)別，并且在智能手機(jī)APP幫助下實(shí)現(xiàn)了定量檢測(cè)。 


圖2. PCH傳感器芯片識(shí)別不同蛋白質(zhì)/多肽的PTMs


  作者利用該芯片采集數(shù)據(jù)并利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法訓(xùn)練得到模型后，能夠精確地預(yù)測(cè)PTMs的類型和濃度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)PTMs的多重檢測(cè)，省去了人工識(shí)別的繁瑣計(jì)算。此外，作者還展示了該方法在活體哺乳動(dòng)物細(xì)胞中檢測(cè)和區(qū)分不同磷酸化位點(diǎn)的上下調(diào)節(jié)的能力。該方法具有快速、準(zhǔn)確、便攜和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，并且能夠在活體細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)對(duì)PTMs的多重檢測(cè)。該研究為早期診斷蛋白質(zhì)相關(guān)疾病提供了一種有前途的方法。 


圖3. 利用CNN進(jìn)行不同PTM類型的預(yù)測(cè)


  該論文第一作者為新加坡國(guó)立大學(xué)秦俊杰博士，論文通訊作者為新加坡國(guó)立大學(xué)姚少欽教授。姚少欽教授，博士畢業(yè)于美國(guó)普渡大學(xué)，畢業(yè)后分別于加州大學(xué)伯克利分校癌癥研究院和斯克里普斯研究所從事博士后研究工作。2011年起獲聘國(guó)立大學(xué)終身正教授，2012年起被聘為首席教授。研究興趣包括化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)、小分子探針熒光探針、高通量篩選等，利用化學(xué)、生物、材料等多學(xué)科交叉領(lǐng)域，開(kāi)拓嶄新的研究方法去探索生命科學(xué)中具有現(xiàn)實(shí)意義的課題。迄今為止已經(jīng)在《Nature》，《PNAS》，《Nat Commun》，《JACS》，《Angew》等雜志上發(fā)表SCI論文200多篇。


  原文鏈接 ：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202218412

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