Tien Chen, Hirotsugu Hiramatsu, Shuichi Toyouchi, Teruki Sugiyama
Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202501827

國立陽明交通大學 應用化學系 杉山輝樹教授

蛋白質結晶化是結構生物學的關鍵技術，然因蛋白質之複雜動態行為與成核現象之隨機性，時常面臨諸多挑戰。本研究提出一種創新的光學操控策略，旨在精確控制蛋白質結晶過程，並深入探討雷射偏振效應於作用之影響，此為既往研究中相對較少關注之面向。本研究選用雞蛋白溶菌酶（HEWL）作為模型蛋白，並構建一套客製化之光學捕獲系統，利用聚焦之 1064 nm 連續波近紅外雷射，以操縱 HEWL之結晶過程。透過光學捕獲技術，蛋白質於焦點區域內達成局部濃縮，進而形成蛋白質聚集體。即時螢光光譜與拉曼光譜監測結果顯示，該聚集體雖對初始成核事件構成限制，並抑制分子之自由運動，然同時亦於焦點周圍誘導高濃度區域（HCD）之形成。利用共軛焦螢光顯微鏡，此研究得以進一步表徵 HCD 之空間分佈；另透過螢光各向異性測定與偏振拉曼光譜分析，則可直接探討 HCD 內部之分子排列的異向性。研究結果顯示，HCD 內部分子之排列高度關聯於捕獲雷射之偏振狀態：線偏振光可產生高度有序之 HCD，並顯著加速雷射關閉後之 HEWL 結晶；相對而言，圓偏振光所誘導之HCD 則較為無序，對結晶作用之影響亦相對較小。本研究證實，雷射偏振效應可顯著調控 HEWL  於光學捕獲中之超分子組織化現象，進而影響結晶成核與生長行為。此等發現為光學操控技術於蛋白質結晶領域之應用，提供嶄新之視角，並為優化結晶條件、加速結構生物學研究、以及精準設計治療性蛋白質、擘劃嶄新之可能性。