新型细胞表面膜蛋白适体荧光探针的构建与活细胞原位分析研究

Membrane proteins and glycoproteins are important tumor markers, and their aberrant expressions are closely related to human cancer. In this proposal, we intend to introduce the membrane proteins on cell surface as the research objectives and fluorescence analysis technique as research platform, aiming to realize sensitive and specific detection of membrane proteins and glycolproteins on cell surface. First, a novel “colocalize on” aptamer probe for membrane protein on cell surface will be constructed to improve the design flexibility and decrease the background. Second, by combining with DNA signal amplification strategies, sensitive, specific and multiplexed detection methods will be fabricated for membrane proteins on living cells. Third, based on the dual recognition of aptamer and lectin, the FRET strategies will be established for specific glycoproteins. Fourth, in situ analysis of membrane proteins and glycoproteins will be performed on living cell surface. The proposed research is expected to provide powerful technical support for the functional research of membrane proteins, early diagnosis and effective treatment of cancers.

膜蛋白和糖基化膜蛋白的异常表达与人类癌症密切相关，是重要的癌症标志物。本研究拟以细胞表面膜蛋白为研究对象，以实现细胞表面膜蛋白和修饰特定糖基的膜蛋白的灵敏检测为目标，以DNA信号扩增策略和荧光分析技术为研究平台，进行以下几个方面的研究：（1）构建 “colocalize on”型细胞表面膜蛋白适体探针，解决目前膜蛋白适体探针设计灵活性差和易产生背景信号的问题；（2）将该探针与DNA信号放大策略相结合，构建细胞表面膜蛋白的灵敏检测方法，实现细胞表面膜蛋白的灵敏、特异和多重检测；（3）基于适体和凝集素双重识别方式，构建细胞表面膜蛋白和糖苷的荧光识别探针，实现无须对膜蛋白和糖苷进行直接标记的FRET策略，用于糖基化膜蛋白的准确检测；（4）对细胞表面膜蛋白和糖基化膜蛋白进行原位成像分析。以期为膜蛋白功能研究、肿瘤早期诊断和有效治疗等提供有力的技术支持。

膜蛋白是细胞膜功能的主要承担者，主要发挥分子识别、物质和能量转换以及离子调节等生理功能。研究表明，膜蛋白的异常表达与人类的多种疾病甚至癌症的发生直接相关，因此，膜蛋白是癌症诊断和治疗的重要标志物。本项目利用DNA纳米技术设计并构建了一系列的纳米探针用于膜蛋白检测、成像以及膜蛋白介导的药物耐受性的克服等研究。通过构建双分子i-motif介导的荧光共振能量转移的荧光探针，对肿瘤活细胞表面Met蛋白单体和同源二聚体的准确、动态原位成像，通过改变识别序列（适体部分），该策略可以扩展到对其他目标蛋白的同源二聚化的监测；提出了原位结合诱导的切刻位点重构策略，并将其用于活细胞表面膜蛋白的灵敏、定量检测，能够准确区分正常细胞和肿瘤细胞以及不同肿瘤细胞之间膜蛋白的表达差异, 为肿瘤诊断领域中活细胞表面膜蛋白的定量检测及肿瘤细胞鉴定提供了重要工具；构建了多功能的复合核酸纳米载体，在克服细胞膜上过表达的外排蛋白介导的药物耐受性的同时，可以实现肿瘤细胞的成像和药物递送，为癌症的诊疗提供了潜在的策略；此外，基于DNA纳米技术设计并构建了一系列的生物传感器，可用于生物样本中相应目标物的灵敏、特异检测。本研究的结果，对生物传感和医学研究等有重要的理论和实际意义。本项目共发表SCI研究论文30篇，综述1篇，其中，Chemical Science 1篇，Analytical Chemistry 2篇，ACS Applied Materials & Interfaces 3篇，Biosensors and Bioelectronics 1篇，Chemical Communications 3篇，Sensors and Actuators B: Chemical 7篇。