基于FRET机理的比率型荧光纳米探针用于亚细胞器内碱基切除修复酶及修复通路成像分析研究

Base excision repair (base excision repair, BER), as one of the indispensable pathways to repair DNA damage, plays an important role in maintaining the genetic integrity. The position, expression and activity of the base excision repair enzyme within the cell can disorder the BER pathway, which will further lead to the adverse consequences of aging, tumors, the occurrence of resistance to drugs and so on. Therefore, it is of great importance for developing series of strategies with simple，sensitivity and high accuracy for imaging analysis of base excision repair enzyme and base excision repair pathway, which will be greatly significant for understanding the pathogenesis, early warning, diagnosis and therapy of the diseases. This project will be constructed based on fluorescence resonance energy transfer (FRET) mechanism to develop kinds of ratiometric fluorescence probes combining nanotechnology, molecular recognition technology and fluorescence imaging for imaging analysis of base excision repair enzyme and base excision repair pathway within the organelles, which is in order to provide important information of the base excision repair within the cell, explore the mysteries of life and the developing mechanism, and provide new platform for the therapy of the major diseases.

碱基切除修复（base excision repair， BER），作为修复DNA损伤不可或缺的通路之一，在维持生物体基因完整度方面发挥着极其重要的生物学作用。细胞内碱基切除修复酶的定位表达、水平表达以及活性的异常变化会造成碱基切除修复通路的紊乱，并进一步导致机体衰老、肿瘤以及抗药性等各种不良后果的发生。因此，发展灵敏、精准的碱基切除修复酶及修复通路的成像分析方法对于了解相关疾病的发病机制、预警、诊断及治疗具有重要意义。本项目将基于荧光共振能量转移（fluorescence resonance energy transfer ，FRET）机理的比率型荧光探针与纳米技术、生物交联技术以及荧光成像技术结合用于亚细胞器内碱基切除修复酶及修复通路的成像分析，为进一步揭示细胞内碱基切除修复机制提供重要信息，并为探索生命奥秘、重大疾病发生发展机制及其治疗提供新的技术平台。

碱基切除修复（base excision repair， BER），在维持生物体基因完整度方面发挥着极其重要的生物学作用。细胞内碱基切除修复酶及修复通路的异常通常与一些疾病紧密相关。因此，发展碱基切除修复酶及修复通路的生物传感新方法对于相关疾病的诊断治疗具有非常重要的意义。.本项目综合运用现代生命科学、化学、材料学等学科的理论和方法，基于核酸分子技术和纳米技术，开发一系列生物传感新方法用于碱基切除修复酶活性的体外检测及相关活细胞成像分析应用。具体内容如下：.1) 构建了一种新型核酸内切酶IV（Endonuclease IV， Endo IV）的3’-5’外切酶活性介导的等温信号放大方法用于尿嘧啶DNA糖基化酶（Uracil DNA glycosylase，UDG)活性的分析检测并成功用于细胞核与细胞质裂解液中的活性分析。.2)构建了DNA碱基切除修复通路调控的双靶向DNA纳米探针用于活细胞内(Adenosine triphosphate， ATP)的原位成像和药物治疗。.3)基于DNA酶的信号放大功能构建DNA逻辑门用于UDG和人脱嘌呤／脱嘧啶内切酶1（Apurinic/apyridiminic endonuclease 1， APE1）的高灵敏细胞成像分析检测。受新冠肺炎疫情影响，该实验的细胞内成像分析检测尚未完成，还在进行中。.此外，还开展了其他试验研究：采用不同的方法合成荧光聚多巴胺纳米颗粒并开发了多个纳米传感器用于汞离子和抗坏血酸及碱性磷酸酶的快速、高灵敏和高选择性的分析检测。