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我国学者在膜脂分子动态瞬时相互作用跟踪技术方面取得重大突破
2017年04月14日    作者: 庄乾坤,陈拥军    发布 : 化学科学部

在国家自然科学基金项目(项目编号:21521063,21327009)等资助下,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)” 开展的DNA新型步行探测器研究取得重要进展,相关研究成果以 “DNA probes for monitoring dynamic and transient molecular encounters on live cell membranes”(用于监测活细胞膜上动态和瞬态分子间相互作用的DNA探针)为题于2017年3月20日发表在Nature·Nanotechnology上。文章首次报道了一种可用于研究膜脂分子动态瞬时相互作用的分子检测与跟踪技术---一种基于DNA的新型步行器。论文链接:http://www.nature.com/ nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2017.23.html。Nature·Nanotechnology News & Views专栏为该文章撰写评述,高度评价了此工作。评价链接:http://www.nature.com/ nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2017.20.html

病态细胞的细胞膜上存在着各类蛋白与蛋白以及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,亟需一种有效检测方法来捕捉活细胞中这种短暂的相互作用。谭蔚泓教授团队开发的基于DNA探针的新型分子步行探测器,可以监测活细胞膜上动态和瞬态的分子间相互作用,在捕捉活细胞膜脂分子间相互作用方面具有巨大应用潜力。他们的策略就是将每一次膜脂分子的瞬时相互作用转化为可以被累加的荧光信号,从而实现分析检测。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。运用化学方法将带荧光基团DNA步行者和带猝灭基团的DNA锚定位点分别修饰在膜脂分子上,膜脂分子发生相互碰撞时,引发DNA的步行运动,从而引发荧光信号的改变,相应的膜脂分子间相互作用即可被积累的荧光信号所记忆。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。该工作研究了白血病细胞膜上二酰类脂分子、胆固醇和生育酚三种膜脂分子的相互作用,这三种膜脂分子分布在不同的膜区,从而可以定量分析不同膜区内各种膜脂分子的作用偏好。这种分子步行探测器充分展示了DNA分子构造分子机器人的巨大潜力。

谭蔚泓成果图.jpg

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)

                                                                                          (化学科学部  庄乾坤,陈拥军)

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