多肽双光子荧光探针用于蛋白酪氨酸磷酸酶特异性识别及生物成像应用研究

Protein tyrosine phosphatases (PTPs) play a key role in regulating various signal transduction pathways. Recently, a number of PTPs have been found to be involved in important diseases, including diabetes, cancer, neurological diseases and others. However, it is difficult to determine a special PTP’s activity because of the high homology between PTPs. The major objective of this project is to develop a series of peptide-based two photon fluorescent probes for specific identification of protein tyrosine phosphatase. The project will combine the technologies of small molecular organic synthesis, solid-phase peptide synthesis, high-throughput assay, gel electrophoresis and fluorescence bioimaging. We will focus on three PTPs’ specific identification, namely PTP1B, SHP2 and STEP. On the basis of specific recognition between targeted PTP and peptide special sequence, we reckon that the probe developed in this study will increase the selectivity to target PTP. Further to that, we envision that two photon fluorescence imaging will facilitate for targeting the probe to subcellular organelle and deeper tissues. In summary, we will develop a series of peptide-based two photon fluorescent probes for qualitative, quantitative and localized detecting target PTP in living cells. At the same time, this project will provide a new scientific way for PTP activity detection and will be helpful for understanding PTPs biology and for early diagnosis of PTPs related diseases.

蛋白酪氨酸磷酸酶（PTPs）在细胞信号转导通路中具有重要的调节作用。大量研究表明许多PTPs的活性异常与多种疾病密切相关，如糖尿病、癌症、神经性疾病等。然而，PTPs的高度同源性等特点使得检测特定PTP活性十分困难。本项目的总体研究目标是发展对特定PTP具有特异性识别功能的多肽双光子荧光探针体系，采用小分子有机合成、多肽固相合成、高通量检测、凝胶电泳、荧光空间成像等技术相结合的研究手段，以PTP1B、SHP2及STEP三种蛋白酪氨酸磷酸酶的特异性荧光识别为研究重点，以多肽特殊序列结构与特定PTP活性位点之间的特异性结合为研究原理，以双光子激发的亚细胞器靶向定位及深层组织荧光成像为研究特点，发展一系列对特定PTP具有定性、定量、定位及可视化检测功能的多肽双光子荧光探针，从而为PTPs在生物体内的作用机制研究及相关疾病的早期诊断提供技术帮助。

磷酸酶在细胞信号转导通路中具有重要的调节作用。大量研究证明其与肥胖症、糖尿病、癌症、神经退行性疾病等疾病有关。本项目以发现特异性识别磷酸酶的化学结构分子为目标，主要候选为有机小分子和多肽特殊序列结构。在项目执行期内，完成了以下工作：（1）通过有机小分子的结构设计，发现了邻位取代的磷酸酯类基团对于碱性磷酸酶具有特异性的识别能力，并开发了具有双光子成像能力的碱性磷酸酶荧光分子探针；（2）利用微阵列实验研究磷酸化多肽库对蛋白酪氨酸磷酸酶（PTP1B、VHR、SHP2）的特异性识别能力，发现了数条对PTP1B具有特异性识别能力的多肽序列，为后续的研究奠定了基础；（3）通过对细胞膜靶向分子的设计，得到了具有细胞膜靶向能力的化学结构，并将其与荧光探针相结合，用于细胞膜上碱性磷酸酶的特异性荧光成像研究；（4）次氯酸、铜离子等是对生物体具有重要生物学功能的小分子，广泛参与机体多种生理、病理过程，是当前生物医学领域中备受关注的问题。本课题在执行中，以近红外或双光子性能的荧光染料为母核，设计了多种反应机理的荧光探针，具有快速便捷、灵敏度高、选择性好、可实时在线荧光成像等优点，具有重要的研究意义和应用价值。