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新加坡國立大學姚少欽教授 Angew: 深度學習輔助水凝膠傳感器多重識別蛋白質翻譯后修飾

2023-03-03 來源：高分子科技

蛋白質的翻譯后修飾（PTMs）在許多生物過程中發揮著重要作用，包括細胞信號傳導、基因表達和蛋白質折疊，并且異常的PTMs與多種疾病有關，例如癌癥。因此，對PTMs的多重檢測在早期診斷蛋白質相關疾病方面具有重要意義。

近日，新加坡國立大學姚少欽團隊在《Angew. Chem. Int. Ed.》發表了題為“Multiplex Identification of Post-Translational Modifications at Point-of-Care by Deep Learning-Assisted Hydrogel Sensors”的論文（DOI：10.1002/anie.202218412）。該團隊報道了一種機器學習輔助的光子晶體水凝膠（PCH）傳感器，用于多重檢測PTMs，特別是在癌癥診斷中的應用。該成果通過將多個密切相關的PCH傳感器集成在一個檢測芯片上，實現了對特定蛋白質位點的快速篩查，只需用肉眼或手機即可實現，并證明了實時監測蛋白質磷酸化的可能性。

圖1. PCH傳感器芯片的制備及智能檢測/預測過程的示意圖

該項研究的實驗結果表明，所設計的PCH傳感器芯片能夠裸眼檢測并識別蛋白質/多肽的不同PTM類型，如磷酸化、甲基化和乙酰化。作者以波形蛋白（VIM）為例進行了不同磷酸化位點、不同變異類型、不同截斷的識別，并且在智能手機APP幫助下實現了定量檢測。

圖2. PCH傳感器芯片識別不同蛋白質/多肽的PTMs

作者利用該芯片采集數據并利用神經網絡算法訓練得到模型后，能夠精確地預測PTMs的類型和濃度，從而實現對PTMs的多重檢測，省去了人工識別的繁瑣計算。此外，作者還展示了該方法在活體哺乳動物細胞中檢測和區分不同磷酸化位點的上下調節的能力。該方法具有快速、準確、便攜和實時監測的優點，并且能夠在活體細胞中實現對PTMs的多重檢測。該研究為早期診斷蛋白質相關疾病提供了一種有前途的方法。

圖3. 利用CNN進行不同PTM類型的預測

該論文第一作者為新加坡國立大學秦俊杰博士，論文通訊作者為新加坡國立大學姚少欽教授。姚少欽教授，博士畢業于美國普渡大學，畢業后分別于加州大學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年起獲聘國立大學終身正教授，2012年起被聘為首席教授。研究興趣包括化學蛋白質組學、小分子探針熒光探針、高通量篩選等，利用化學、生物、材料等多學科交叉領域，開拓嶄新的研究方法去探索生命科學中具有現實意義的課題。迄今為止已經在《Nature》，《PNAS》，《Nat Commun》，《JACS》，《Angew》等雜志上發表SCI論文200多篇。

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

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（責任編輯：xu）

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