磁纳米核酸探针实现活细胞内APE1酶的荧光成像

人脱嘌呤脱嘧啶核酸内切酶(APE1)是DNA碱基切除修复过程中的一种重要核酸修复酶，对维持遗传的稳定性和细胞的正常生理活动发挥关键的作用。同时，APE1还是体内的氧化还原因子，调控细胞的氧化应激响应。APE1与肿瘤细胞的增殖、分化和凋亡等密切相关。在活细胞内原位观测APE1的活性变化及其对外界刺激的响应对研究癌症的发生、发展机理并开发有效的诊疗手段有非常重要的意义。

北京大学赵美萍教授（点击查看介绍）课题组首次发现并利用APE1与亲和素（AVD）之间的特异性相互作用，设计开发了一种对APE1具有选择性响应能力的磁纳米核酸荧光探针。她们在研究中发现，硅包磁纳米颗粒表面的化学修饰对DNA与核酸酶之间的相互作用有显著的影响。当在硅包磁纳米颗粒表面共价修饰AVD时，通过末端标记的生物素固定到纳米颗粒表面的含空位DNA荧光探针链对APE1具有选择性响应能力，而不受其它类型核酸酶的干扰。如图1所示，该探针在初始状态时，DNA链上荧光团发出的荧光被磁纳米核淬灭。进入活细胞后，AVD通过与APE1的特异性相互作用选择性地将复杂细胞环境中的APE1聚集到纳米颗粒表面，对DNA双链中脱碱基空位5'侧的磷酸二酯键进行切割，并产生荧光信号。其它的核酸酶由于不存在上述特异性相互作用，对纳米颗粒表面的DNA结构几乎没有影响。此外，纳米颗粒表面AVD的修饰也大大提高了连接DNA的数量，增强了DNA与磁纳米载体结合的稳定性。该纳米探针生物相容性好、灵敏度高，可快速进入细胞，不仅可以实现短时间内对细胞中APE1的原位荧光成像（图2），而且具有在过表达APE1的癌细胞中选择性释放药物的潜力，为癌症的精准诊疗提供了一种新颖的途径。

图1.  磁纳米核酸荧光探针的制备过程及原理示意图

图2.  磁纳米核酸探针磁转染30分钟到HeLa细胞后随时间变化的荧光图

相关研究成果发表在国际著名期刊Nucleic Acids Research 上，第一作者为博士研究生翟筠秋。

该论文作者为：Junqiu Zhai, Yibin Liu, Shan Huang, Simin Fang, Meiping Zhao

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

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

导师介绍

赵美萍

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