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巯基氨基酸诱导亚纳米结构靶向高尔基体

注:文末有研究团队简介 及本文科研思路分析


健康是生命研究永恒的主题。将特定“货物”运输到特定器官、组织、细胞以及亚细胞器,是保持健康生命活动以及疾病治疗的基石。只有精准的靶向才能实现精准的生命调控,因此亚细胞器的靶向与实时成像逐渐成为精准调控的研究热点。这些细胞器中,高尔基体是负责蛋白质加工、分类、和包装生命过程行为的重要场所。自1898年高尔基体首次被发现以来,一百多年间,怎样将外部的物质运输到高尔基体一直是困扰着科学家们的一个难题。西南大学黄承志王健教授团队与北京大学刘锋李娜教授团队合作,发现碳量子点合成过程中活性官能团的“遗传”性,提出活性官能团保留(Active functional preservation, AFP)法,利用组成蛋白质的手性半胱氨酸为碳源,保留前驱体分子的部分结构与官能团,成功制备了表面富含半胱氨酸残基的手性碳量子点光谱探针,实现了高尔基体的靶向运输与长时间成像观测


目前成熟的高尔基体神经酰胺荧光标记方法和绿色荧光蛋白质粒转染方法都因光漂泊性能而只能用于高尔基体的短时荧光成像(Short-term fluorescence imaging),而不能用于高尔基体的靶向物质运载,更不利于长时荧光成像(Long-term fluorescence imaging)。该团队发现,大量驻留在高尔基体的蛋白质分子中的手性半胱氨酸都发挥了重要作用。他们将手性半胱氨酸连接到卟啉分子与荧光硅纳米颗粒上,也成功实现了卟啉与荧光硅纳米的高尔基体靶向,从分子水平和纳米尺度两个方面证明了手性半胱氨酸对高尔基体特定的靶向运输能力。


在实际应用领域,他们充分利用上述光谱探针,实时监测了高尔基体在病毒入侵期间的动态变化,并发现高尔基体能灵敏的“感受”到病毒的进攻。在病毒入侵期间,高尔基体会随着病毒的入侵而逐渐破裂,这一研究成果为进一步开发抗病毒药物提供了更加灵敏而直观的平台。


半胱氨酸引导的高尔基体靶向方法为探索细胞生理活动、开发高尔基体相关疾病的药物提供了有利的工具与道路,也为氨基酸诱导亚纳米结构靶向亚细胞器研究提供了新思路。这一成果近期发表在Chemical Science 上,相关手性碳量子点的制备已经申请中国发明专利。


该论文作者为:Rong Sheng Li, Peng Fei Gao, Hong Zhi Zhang, Lin Ling Zheng, Chun Mei Li, Jian Wang, Yuan Fang Li, Feng Liu, Na Li and Cheng Zhi Huang

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Chiral nanoprobes for targeting and long-term imaging of the Golgi apparatus

Chem. Sci., 2017, 8, 6829, DOI: 10.1039/c7sc01316g


研究团队简介


论文第一作者,李荣生,西南大学药学院博士生。2011年毕业于西南大学药学院,2012-2015在导师王健教授指导下完成了硕士阶段的学习,2016开始在黄承志教授指导下开展博士论文研究。


第一通讯作者,王健,西南大学药学院教授,硕士生导师。毕业于西南大学化学化工学院,师从黄承志教授,分析化学博士,2010年9月至2011年9月在美国University of Florida谭蔚泓院士课题组学习。2014年获重庆市优秀学位论文奖。研究方向:纳米生物光谱探针,研究专长是光散射生化与药物分析。感兴趣的研究领域有:能量转移与生物医药分析、纳米组装体与生物成像。目前已主持国家自然基金、重庆市自然科学基金计划项目等科研项目8项,在ACS Nano、Chem. Sci.、Small 等国际期刊发表论文50余篇, SCI收录刊物他引850多次, 单篇最高引用150多次,平均每篇引用19次,H-因子18。


http://www.x-mol.com/university/faculty/47842


科研思路分析


Q:这项研究的最初目的是什么?或者说想法是怎么产生的?

A:这项研究最初是为了研究碳点制备过程中的“遗传”现象,作者认为碳点在适当的制备条件下,其会继承某些前驱体化合物的特殊性质,比如特殊的官能团或者空间结构信息。结合细胞中高尔基体内源性蛋白富含半胱氨酸这一现象,研究者尝试利用具有手性的半胱氨酸为原料,制备具有特殊手性的碳量子点,以期望用于手性催化、手性识别、高尔基体靶向成像领域。


Q:在研究中过程中遇到的最大挑战在哪里?

A:研究中最大的挑战在于克服半胱氨酸热解与容易氧化聚集的性质。找到合适的反应温度与惰性的反应氛围使半胱氨酸既能反应又不至失活至关重要,这个过程中,我们团队在碳量子点的“遗传”效应方面积累了大量经验。


Q:本项研究成果最有可能的重要应用有哪些?哪些领域的企业或研究机构最有可能从本项成果中获得帮助?

A:该工作中半胱氨酸依赖的探针在高尔基体靶向方面表现优异,因其具有很高的特异性,低毒性,又因能在较多细胞系中实现高尔基体靶向的普适性,因此可用于高尔基体结构动态研究、物质传输研究,以及与高尔基体相关的帕金森症、前列腺癌等疾病相关的治疗。我们相信这项研究成果为相关靶向药物的设计提供了一种简单灵活的方法,将对生命健康领域的发展产生推动作用。


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