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Nature Nanotechnology:开发了基于DNA的新型步行探测探针

发布时间:2017-03-22 / 编辑:admin
引用自:http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2017.23.html

日前,湖南大学化学生物传感与计量学国家重点实验室、化学化工学院和生物学院谭蔚泓教授所领导的分子科学与生物医学实验室 MBL实验室)在《Nature·Nanotechnology》(影响因子35.267)上发表了研究论文“DNA probes for monitoring dynamic and transient molecular encounters on live cell membranes”,首次报道了可用于研究膜脂分子动态瞬时相互作用的分子步行探测器,——一种基于DNA的新型步行探测探针。 Nature·NanotechnologyNews & Views专栏为该文章撰写评述,高度评价了此工作。分子步行探测器标志着湖南大学MBL实验室在DNA分子工程和分子医学方面的研究又有了新的突破。

有研究表明,病态细胞的细胞膜上存在着各类蛋白与蛋白,脂分子与蛋白间的异常相互作用,这些异常作用往往标志着各类疾病的发生。但是由于膜脂分子相互作用的速度太快,一般的显微探针无法对其进行监测,因此,对活细胞研究领域而言,亟需一种有效的研究方法来捕捉这种短暂的相互作用。

谭蔚泓教授团队开发的基于DNA的新型分子步行探测器,表现出了捕捉活细胞膜脂分子相互作用的潜力。他们的策略简单来说就是将每一次膜脂分子的瞬时相互作用转化为可以累加的荧光信号。随着越来越多的膜脂分子相互作用的发生,累加的荧光信号逐渐达到一个可以被检测的量级。本文的第一作者尤明旭博士解释说,受自然界马达蛋白的启发,我们最初给这类探针定名为DNA步行者。通过DNA链置换反应,DNA步行者可以从一个锚定的DNA位点移动到另一个位点。这样的DNA步行运动只有当两个锚定位点非常接近时才会发生,而一旦运用化学方法将这样的两个DNA锚定位点修饰在膜脂分子上,只有当两个经过修饰的膜脂分子相互碰撞,才会引发DNA的步行运动。该策略的关键在于通过一系列立足点(toehold)介导的DNA链置换反应,记录或者记忆每一次瞬时的相互作用。这种分子步行探测器充分展示了DNA分子巨大的构造分子机器人的潜力。

他们的工作研究了白血病细胞膜上三种膜脂分子的相互作用:二酰类脂分子,胆固醇和生育酚。这三种膜脂分子分布在不同的膜区,而新的DNA探针则可以定量分析不同膜区内各种膜脂分子的作用偏好。

后续的工作依然在继续,包括对不同细胞系其他种类膜脂分子的研究,考察DNA修饰对膜脂分子功能上的影响,以及将这类分子步行探测器与最新的荧光成像技术比如超分辨成像技术相结合等,这对实现重大疾病的早期检测极具意义。

Nature·NanotechnologyNews & Views专栏邀请专家为该文章撰写专题评述,充分肯定了该工作的创新性,并对此技术做出展望:基于DNA的新型分子步行探测器是一种强有力的分子工具,利用该工具能研究过去无法捕捉的活细胞膜上的分子间相互作用, 结合这一技术与膜成分分析(蛋白质、磷脂类和糖类),能使我们更进一步了解生物膜及它们在健康和疾病中的作用。

 

                                               

 

膜表面立足点(toehold)介导的DNA链置换反应

(图片来源:http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2017.20.html

 

研究工作由湖南大学和美国University of Florida, University of Massachusetts AmherstMichigan State University和浙江大学合作完成的。该研究受到了国家自然科学基金委、科技部、教育部等部门的科研资助。