磁納米核酸探針實現活細胞內APE1酶的熒光成像

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人脫嘌呤脫嘧啶核酸內切酶(APE1)是DNA鹼基切除修復過程中的一種重要核酸修復酶，對維持遺傳的穩定性和細胞的正常生理活動發揮關鍵的作用。同時，APE1還是體內的氧化還原因子，調控細胞的氧化應激響應。APE1與腫瘤細胞的增殖、分化和凋亡等密切相關。在活細胞內原位觀測APE1的活性變化及其對外界刺激的響應對研究癌症的發生、發展機理並開發有效的診療手段有非常重要的意義。

北京大學趙美萍教授課題組首次發現並利用APE1與親和素（AVD）之間的特異性相互作用，設計開發了一種對APE1具有選擇性響應能力的磁納米核酸熒光探針。她們在研究中發現，硅包磁納米顆粒表面的化學修飾對DNA與核酸酶之間的相互作用有顯著的影響。當在硅包磁納米顆粒表面共價修飾AVD時，通過末端標記的生物素固定到納米顆粒表面的含空位DNA熒光探針鏈對APE1具有選擇性響應能力，而不受其它類型核酸酶的干擾。如圖1所示，該探針在初始狀態時，DNA鏈上熒光團發出的熒光被磁納米核淬滅。進入活細胞後，AVD通過與APE1的特異性相互作用選擇性地將複雜細胞環境中的APE1聚集到納米顆粒表面，對DNA雙鏈中脫鹼基空位5 側的磷酸二酯鍵進行切割，併產生熒光信號。其它的核酸酶由於不存在上述特異性相互作用，對納米顆粒表面的DNA結構幾乎沒有影響。此外，納米顆粒表面AVD的修飾也大大提高了連接DNA的數量，增強了DNA與磁納米載體結合的穩定性。該納米探針生物相容性好、靈敏度高，可快速進入細胞，不僅可以實現短時間內對細胞中APE1的原位熒光成像（圖2），而且具有在過表達APE1的癌細胞中選擇性釋放藥物的潛力，為癌症的精準診療提供了一種新穎的途徑。

圖1. 磁納米核酸熒光探針的製備過程及原理示意圖

圖2. 磁納米核酸探針磁轉染30分鐘到HeLa細胞後隨時間變化的熒光圖

相關研究成果發表在國際著名期刊Nucleic Acids Research上，第一作者為博士研究生翟筠秋。

該論文作者為：Junqiu Zhai, Yibin Liu, Shan Huang, Simin Fang, Meiping Zhao

A specific DNA-nanoprobe for tracking the activities of human apurinic/apyrimidinic endonuclease 1 in living cells.

Nucleic Acids Res.,2017,45, 45. DOI: 10.1093/nar/gkw1205

導師介紹

趙美萍

http://www.x-mol.com/university/faculty/8651

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