Src作为第一个被鉴定的癌症基因，在癌细胞系和大量的病人肿瘤组织中都呈现出异常的表达和活性。Src的过度激活会促进肿瘤生长和癌细胞转移，并且含有更高水平pSrc的组织会更容易表现出抗药性。因此，能够在活细胞中以超高的时空分辨率解析Src活性调控的动态过程，对于深入理解Src致癌的分子机制以及后续药物的研发具有重要意义。 

　　生物传感器（biosensor）可用来在时间和空间上定量研究生物分子的构象或者活性动态变化。活体生物研究中常使用基于荧光共振能量转移（FRET）的传感器，但其灵敏度低。此外，传感器的构建通常利用某个识别特定构象的蛋白片段。这些片段多来源于下游效应器，其特异性差且会与内源配体竞争，干扰正常的调控。 

　　2021年10月11日，University of North Carolina at Chapel Hill的Klaus M. Hahn和Timothy C. Elston团队（共同一作为刘贝和Orrin J. Stone、Michael Pablo）在Cell上发表了文章Biosensors based on peptide exposure show single molecule conformations in live cells。作者们开发了binder/tag技术，可以通过简单的蛋白质工程学操作构建灵敏的、适用于单分子追踪的生物传感器。新的传感器不依赖于目标蛋白本身的氨基酸序列，且识别位点远离蛋白本身的活性位点，因此其特异性好、干扰小，更适于推广到其他蛋白的活性研究中。 

　　Binder/tag方法利用一对短肽（tag）和蛋白（binder）的特异性相互作用（图1A）。作者们通过选择tag的插入位点，在目标蛋白处于失活状态时，tag被隐藏在蛋白内部。目标蛋白被激活后，暴露出tag，进而binder能够与tag相互作用（图1B）。因此binder和tag的共定位即反映了靶标的激活状态，或者特殊情况下可仅通过追踪binder的定位来指示目标的激活状态。Binder/tag的概念很容易推广到其他蛋白上，文中同时阐释了tagSrc，tagFyn，tagSyk以及tagFAK的构建，并确定了另外一组短肽/蛋白对，以用来同时成像多种蛋白活性。 

　　图1.（A) binder/tag利用仅有 7 个残基的SsrA短肽和 18 kDa 的蛋白 SspB， 二者具有16 nM 亲和力。(B)将binder/tag技术应用于受自抑制调节的蛋白。 

　　Binder/tag也可用来构建基于FRET的传感器。在确定tag插入位点后， 只需将FRET对（例如CFP-YFP）分别融合在tagSrc和binder的末端。在单细胞中，作者发现Src仅在细胞伸展的时候被激活，而在收缩时瞬间失活（图2）。 

　　图2. 基于FRET的binder/tag传感器在单细胞尺度上揭示细胞边缘伸展-收缩过程中Src活性的动态变化。 

　　驱动细胞行为的机制通常是跨尺度的。作者们利用HaloTag和SNAP-tag在细胞内通过荧光染料标记tagSrc和binder，进而在单分子尺度下追踪Src分子的运动轨迹和构象变化。利用Binder/tag，作者研究了Src在黏着斑（adhesion）上富集及激活的动态过程，并在纳米尺度下揭示了蛋白质簇（cluster）内Src的构象状态及分布。最后，利用随机建模，作者确定了单个Src分子激活的动力学（图3）。 

　　图3. （左）Src的丰度及活性随着黏着斑的成熟而上升。（右）Binder/tag在单分子层面描绘了蛋白质簇内Src构象的分布，并确定了单个Src分子上膜及激活的动力学过程。 

   （来源：BioArt） 

　　原文出处：Bei Liu, Orrin J.Stone, Michael Pablo, et al. Biosensors based on peptide exposure show single molecule conformations in live cells[J].Cell. Available online 11 October 2021. https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.09.026. 

　　链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0092867421011090