细胞表面生物大分子糖基化探针的筛选与应用研究

Glycosylation of the macromolecules on cell surface has important biological functions including occurrence and development of cancer, therefore the development new methods and technologies for its labeling and detection plays important roles in uncovering its biological functions and regulating mechanisms. Glycosylation on the cell surface is quite complex and diverse, and there are still lacks of specific probes for the glycosylation moieties of macrobiomolecules. In this proposal, we will design special DNA library targeting the glycosylation moieties, and select boronic acid modified aptamers using Cell-SLELEX method against stem cell-like hepatoma cancer cell and AMD-resistant breast cancer cell based on the glycosylation differences at the molecular level, respectively. Subsequently we will identify and validate glycosylation targets of selected aptamers using mass spectrometry method. For the glycosylations of the biomacromolecules can be related to their biological functions, we will develop the methods for detecting of the glycosylation site directly and explore the possibility of serving as new intervening molecules and biomarkers.

细胞表面生物大分子糖基化修饰具有重要的生物学功能，也与肿瘤等疾病的发生发展密切相关。发展糖基化特异标记和检测工具，对细胞功能的解析和疾病的诊断具有十分重要的意义。细胞表面糖基化极其复杂，目前尚缺乏特异性识别生物大分子糖基化的探针。本申请拟设计合成易于靶向糖基化基团的含硼酸基团修饰碱基的DNA文库，分别以肿瘤干细胞样肝癌细胞系和耐药型乳腺癌细胞系为靶细胞，采用细胞-SELEX策略，在完全无需了解糖基化信息的情况下，筛选特异性识别细胞表面特定生物大分子的差异性糖基化的核酸适配体；以核酸适配体为亲和配基纯化差异性糖基化的生物大分子，利用质谱鉴定其靶标并甄别糖基化修饰情况；因为该生物大分子的糖基化很可能与其生物学功能密切相关，我们将直接构建动态监测特定糖基化的生物大分子的核酸适配体探针，并探索其作为新型干预分子和标志物的可能性。

与疾病密切相关的细胞膜表面天然状态生物大分子及其特异性识别探针的发现对细胞功能的解析和疾病的诊治具有十分重要的意义。本项目围绕核酸适配体高效筛选方法、核酸适配体表征优化与靶标鉴定、基于核酸适配体的肿瘤检测、成像与治疗等开展了系列研究工作。我们设计合成了易于靶向糖基化基团的含硼酸基团修饰碱基的DNA文库，建立了基于分子身份证标记策略的核酸适配体筛选新方法；发展了基于核酸富集文库的靶标鉴定新方法；筛选并鉴定了包括朊蛋白、碱性磷酸酶异源二聚体、转铁蛋白受体、PTPRF和整合素α3等一系列潜在肿瘤标志物及特异性核酸适配体；利用核酸适配体实现了潜在肿瘤标志物的流式检测、循环肿瘤相关物质的检测、循环肿瘤细胞的捕获与释放；基于核酸适配体易于修饰与标记的特性，实现了细胞核的膨胀显微成像；利用核酸适配体的靶向性，实现了肿瘤的活体成像和药物递送等。在项目的支持下，项目组成员发表20篇学术论文，申请发明专利5项，培养研究生共10余人。