非肽类小分子探针用于糜蛋白酶荧光和可见光的显色检测

糜蛋白酶(Chymotrypsin)又叫胰凝乳蛋白酶,它参与了细胞一系列生物生理过程,如消化膳食蛋白质、坏死和凋亡的细胞等,还参与某些脂类物质的水解过程。糜蛋白酶与许多重要的疾病密切相关,如胰腺纤维化、胰腺癌等。因此,研发对糜蛋白酶具有特定响应的荧光分子探针对相关疾病的机理研究和临床诊断具有重要意义。随着荧光分子探针研究的不断深入,具有特异性识别功能的靶向生物大分子探针近年来逐渐引起研究者的关注。近日,华中师范大学的杨光富教授(点击查看介绍)和杨文超副教授(点击查看介绍)报道了首例用于糜蛋白酶的荧光和可见光显色检测非肽类小分子探针。该团队基于甲基化的荧光素结构,通过模拟肽链底物并调整识别组进行优化,最终筛选出对糜蛋白酶响应性最好的化合物,即由4-溴丁酰基取代的探针。实验结果显示,该探针在糜蛋白酶作用下荧光强度能增强约25倍,并且与常用的糜蛋白酶肽类底物(AMC-FPAA-Suc)相比,探针对靶酶的亲和力提高了近5倍。此外,该探针还可成功用于抑制剂筛选实验。到目前为止,该工作首次报道了用于检测糜蛋白酶的非肽类小分子探针,与常用的肽类底物相比,其结构简单、灵敏度高、成本低廉。该探针有望成为药物发现和糜蛋白酶相关疾病诊断强有力的分子工具,具有较好的应用和开发前景。这一成果近期成功发表在Analytical Chemistry 上。该论文作者为:Lei Wu, Shu-Hou Yang, Hao Xiong, Jia-Qian Yang, Jun Guo, Wen-Chao Yang, and Guang-Fu Yang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):Nonpeptide-Based Small-Molecule Probe for Fluorogenic and Chromogenic Detection of ChymotrypsinAnal. Chem., 2017, 89, 3687-3693, DOI: 10.1021/acs.analchem.6b05115导师介绍杨光富http://www.x-mol.com/university/faculty/10779 杨文超http://www.x-mol.com/university/faculty/10789

来源: X-MOL 2017-07-23

单次荧光检测同时测定手性底物的总浓度以及对映体组成

荧光探针广泛应用于手性物质的浓度测定。手性底物的总浓度以及对映体组成都会影响手性探针的荧光响应,所以一般需要多次独立检测才能够确定手性化合物的浓度及对映体组成。为了便于手性荧光探针的应用,美国弗吉尼亚大学Lin Pu(点击查看介绍)课题组发展了四种策略实现通过单次荧光检测对各种手性底物的总浓度以及对映体组成进行同时测定,设计策略的根本在于需要两个波长的荧光响应。一、手性联萘酚二醛与非手性水杨醛的混合物在锌离子的存在下与手性胺类化合物(手性二胺、氨基醇、氨基酸)作用,λ1 = 447 nm的荧光增强是由于非手性探针的作用,可用于测定手性底物的浓度;λ2 > 500 nm的荧光增强是由于手性探针的作用,具有非常高的对映选择性。结合λ1与λ2处的荧光强度,所得到的3D图谱可用于测定手性底物的对映体组成。含有联萘酚二醛结构单元的手性共轭聚合物在同样的条件下可以放大小分子的对映选择性,结合手性聚合物与水杨醛也可以实现对浓度及对映体组成的同时测定。二、在一对伪对映异构体探针中,其中一个探针在λ1 = 374 nm对α-羟基酸的一个对映异构体荧光增强较大,另外一个探针则在λ2 = 330 nm对另外一个异构体荧光增强较大。这种手性探针实现了通过一次荧光检测来测定手性底物的浓度与对映体组成。三、基于联萘酚的三氟甲基酮化合物与手性环己二胺作用时在λ1 = 370 nm和λ1 = 438 nm有双波长响应,其中在λ1处的荧光增强仅与手性底物的总浓度相关,而在λ2处的荧光则具有非常高的对映选择性,所以单一探针单次测量可以给出两个参数。四、设计了由联萘酚二醛与萘胺形成的亚胺化合物。当萘胺被手性胺底物取代时,萘胺在λ1 = 427 nm的荧光恢复,可用于测定底物浓度;在λ2 > 500 nm的荧光增强则是由于新的亚胺化合物形成,具有高度的对映选择性。以上工作为同时测定手性分子的总浓度与对映体组成提供了非常便捷的方法,推动了手性化合物快速测定工具的发展。这一成果近期发表在Accounts of Chemical Research 上,文章的作者是美国弗吉尼亚大学的Lin Pu教授。该论文作者为:Lin Pu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):Simultaneous Determination of Concentration and Enantiomeric Composition in Fluorescent SensingAcc. Chem. Res., 2017, 50, 1032–1040, DOI: 10.1021/acs.accounts.7b00036Lin Pu教授简介Lin Pu于1965年出生于中国四川叙永,1984年在四川大学取得学士学位,1985年赴美国加利福尼亚大学圣地亚戈分校继续深造,在Joseph M. O'Connor教授的指导下,于1990年获得博士学位;之后分别在斯坦福大学Henry Taube教授和加州理工学院Robert Grubbs教授的指导下完成博士后研究;1994年开始在美国北达科他州立大学任助理教授,1997年迁至美国弗吉尼亚大学任副教授,2003年开始任教授至今;该课题组主要致力于新型手性分子的设计与合成,应用于手性荧光探针、手性催化剂、光电材料等方面。http://www.x-mol.com/university/faculty/1995

来源: X-MOL 2017-07-22

量子点单病毒示踪技术揭示流感病毒依赖发动蛋白的两种入胞途径

流感病毒侵染宿主细胞时,病毒进入细胞是第一关键步骤。病毒由此跨过细胞质膜的阻隔进入细胞内部,进一步利用细胞自身的机能为病毒复制服务。流感病毒与细胞表面分子间复杂的相互作用致使认识病毒入胞机制异常困难,而单病毒示踪技术为解决此难题创造了良机。相比于只能获取静态平均化结果的传统研究方法,实时原位的单病毒示踪技术能实现对单个病毒入胞行为的连续可视化监测。荧光性能优异的量子点标记的单病毒示踪技术更是凸显出其在研究病毒学中多重相互作用的动态分子事件方面无可比拟的优势。武汉大学生物医学分析化学教育部重点实验室的博士生孙恩泽在导师庞代文教授(点击查看介绍)的指导下,基于量子点的单病毒示踪技术,实现了流感病毒通过内吞作用进入宿主细胞动态过程的可视化,揭示了流感病毒在此过程中的运动行为机制。这一研究不仅证明了网格蛋白介导的内吞作用是流感病毒侵染MDCK细胞的主要途径,而且提出了病毒依赖网格蛋白内吞途径的时间顺序模型。此外,他们还发现大量最终并未入胞的病毒诱导了持续时间较短的网格蛋白和发动蛋白的募集,初步分析造成这种现象的原因是网格蛋白包被的质膜凹陷在生长过程中经历了筛选阶段,并且发动蛋白参与了此筛选过程,只有少数病毒诱导的质膜凹陷能进入质膜分裂阶段发展成内吞囊泡。同时,他们还发现流感病毒另一种不依赖网格蛋白的入胞途径,该途径也依赖于发动蛋白,但作用有别。发动蛋白在两种入胞途径中都可以推动质膜分裂,但在依赖网格蛋白的入胞途径中还参与网格蛋白包被质膜凹陷的生长熟化过程。该成果近期发表在ACS Nano 上。该论文作者为:En-Ze Sun, An-An Liu, Zhi-Ling Zhang , Shu-Lin Liu, Zhi-Quan Tian and Dai-Wen Pang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):Real-Time Dissection of Distinct Dynamin-Dependent Endocytic Routes of Influenza A Virus by Quantum Dot-Based Single-Virus TrackingACS Nano, 2017, 11, 4395–4406, DOI: 10.1021/acsnano.6b07853导师介绍庞代文http://www.x-mol.com/university/faculty/13608

来源: X-MOL 2017-07-18

细胞内硫醇探测新技术——超极化129Xe磁共振

硫醇如谷胱甘肽(GSH)、半胱氨酸(Cys)、高半胱氨酸(Hcy)等在细胞新陈代谢中扮演着重要的角色。在癌症、阿兹海默症、帕金森症等疾病中,细胞内硫醇的含量都高于正常水平。因此,对细胞内硫醇的超灵敏检测具有重要意义。目前最常用的检测细胞内硫醇的方法是荧光方法,但是荧光的组织穿透性比较低。磁共振技术具有无损检测、无放射性、无组织穿透深度限制的优点,但是目前的传统磁共振技术灵敏度较低。超极化129Xe磁共振是一种全新的磁共振分子影像技术,比相同条件下传统磁共振的灵敏度增强50000倍以上,同时兼具传统磁共振的上述优点。近日,中国科学院武汉物理与数学研究所的周欣(点击查看介绍)研究组在自主研发的超极化129Xe磁共振的仪器上,设计合成了硫醇响应的129Xe磁共振/荧光双模态超灵敏分子探针,并以二硫键为硫醇的响应位点,实现了硫醇皮摩尔(10-10 M)量级的磁共振检测灵敏度。超极化129Xe磁共振不仅提供了细胞内硫醇检测的超灵敏新技术,也为下一步活体应用迈出了重要的一步。图1. 129Xe磁共振/荧光双模态探针分子在细胞内与硫醇反应的示意图在溶液中,超极化129Xe磁共振及荧光双模态分子探针与硫醇反应后,二硫键断裂,同时与荧光基团萘酰亚胺相连的部分会发生分子内的成环反应,从而使荧光出现增强现象。由于超极化129Xe对化学环境的敏感性,当探针分子的二硫键断裂后,同时也引起超分子笼内129Xe磁共振信号的改变。因此,他们可通过荧光与129Xe磁共振来进行硫醇双模态的超灵敏检测。图2. 超极化129Xe磁共振和荧光双模态探针分子与GSH反应后,荧光光谱与超极化129Xe磁共振谱;(a)探针分子与不同化学计量GSH反应后的荧光光谱;(b)探针分子与不同化学计量GSH反应后的超极化129Xe磁共振谱在细胞内,超极化129Xe磁共振和荧光双模态探针分子对硫醇也显示出较好的响应能力。探针分子进入细胞内出现较强的绿色荧光,当用硫醇抑制剂NEM处理后,再将探针分子导入细胞内,细胞内探针分子的荧光明显减弱。图3. 探针分子进入细胞后的激光共聚焦研究者结合化学交换饱和转移(CEST)的磁共振技术研究了探针分子进入细胞后的超极化129Xe磁共振谱。当探针分子导入细胞后,在细胞内观测到较强的CEST效果;当细胞先用NEM处理后,再将探针分子导入细胞内,细胞内的CEST效果明显减弱。此测试结果与荧光手段互相印证并高度一致,表明超极化129Xe磁共振检测细胞内硫醇的灵敏度与荧光的效果几乎不相上下。图4. 超极化129Xe磁共振和荧光双模态探针分子进入细胞后的CEST磁共振谱此项研究成果于近期在美国化学学会旗下的Analytical Chemistry 上发表,中国科学院武汉物理与数学研究所的郭茜旎副研究员与曾庆斌博士生为共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金委重大科研仪器研制项目和杰出青年基金项目、中国科学院的支持。该论文作者为:Qingbin Zeng, Qianni Guo, Yaping Yuan, Yuqi Yang, Bin Zhang, Lili Ren, Xiaoxiao Zhang, Qing Luo, Maili Liu, Louis-S. Bouchard and Xin Zhou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):Mitochondria Targeted and Intracellular Biothiol Triggered Hyperpolarized 129Xe Magnetofluorescent BiosensorAnal. Chem., 2017, 89, 2288–2295, DOI: 10.1021/acs.analchem.6b03742导师介绍周欣http://www.x-mol.com/university/faculty/23495

来源: X-MOL 2017-07-11

“内修饰分子管”的新应用:环氧化合物的手性传感

手性环氧是一种重要的中间体分子,能够转化为多种手性官能团,在化学与生物领域具有重要的研究意义。因此,不对称环氧化一直都是不对称催化领域的研究热点之一。然而,不对称环氧化的条件筛选决定于绝对构型的判断以及对映体过量百分数(ee)的检测。传统的手性色谱方法具有耗时、耗费溶剂、成本高等缺点,不适用于高通量筛选。而最近发展的光谱传感方法则克服了以上不足,但是这类方法多采用金属配位与动态共价键,不能有效地识别与检测手性环氧化合物。因此,环氧化合物的高通量光谱手性传感仍然是一个待攻克的难题,大大地限制了新型不对称环氧化反应的发现。近日,南方科技大学蒋伟(点击查看介绍)课题组受生物受体结构特点的启发,提出了“内修饰分子管”的概念,将氢键键合位点与疏水深穴空腔相结合,构建了疏水空腔内具有氢键位点的大环受体(Chem. Commun., 2015, 51, 15490; Chem. Commun., 2016, 52, 9078)。其中,酰胺基“内修饰分子管”能够在水中利用氢键与疏水效应,实现对高度亲水性分子(例如,地下水中的持久性环境污染物1,4-二氧六环)的选择性识别与检测(J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 14550)。该研究也为解决“在水中很难利用氢键进行分子识别”这一难题提供了新的思路。最近,蒋伟课题组在前期研究的基础上,发现酰胺基“内修饰分子管”也能在水中识别环氧化合物,键合驱动力仍然是氢键和疏水效应。核磁滴定、荧光滴定与等温量热滴定等实验结果都证实“内修饰分子管”在水中与环氧化合物有较强的键合。同时,X-射线单晶衍射、核磁共振滴定等实验结果证实“内修饰分子管”与环氧化合物之间形成了氢键。烷基手性环氧化合物在紫外可见区域没有吸收,而非手性的“内修饰分子管”有紫外吸收,因此,两者都没有紫外圆二色信号。当两者发生主-客体键合时,手性环氧可以通过氢键将手性传递给“内修饰分子管”,诱导产生较强的圆二色(CD)光谱信号。有趣的是,R构型的手性环氧在255 nm诱导产生了正的CD信号,而S构型则相反。在饱和浓度下,CD信号的强度与手性环氧的ee 值之间呈线性关系。因此通过CD信号的强度与正负性,就可以实现绝对构型的归属与ee 值检测。该方法具有环境友好(溶剂是水,“内修饰分子管”可回收)、响应速度快(30 ms)、可以实现实时监测、适用于高通量检测等优点。该方法首次实现了只含有环氧的手性化合物的光谱检测,并成功地应用于不对称环氧化反应,获得了与手性色谱方法相类似的结果,在不对称环氧化反应的前期条件筛选研究中具有广阔的应用前景。该研究成果在线发表在Journal of the American Chemical Society 上,博士后王力立是本文的第一作者,研究助理陈昭、本科生刘威尔、博士后柯华和实验员王胜华对该研究也做出了重要贡献。该研究得到了国家自然科学基金、中组部“青年千人计划”以及南方科技大学科研启动基金等经费的大力支持。该论文作者为:Li-Li Wang, Zhao Chen, Wei-Er Liu, Hua Ke, Sheng-Hua Wang, Wei Jiang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):Molecular Recognition and Chirality Sensing of Epoxides in Water Using Endo-Functionalized Molecular Tubes. J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 8436, DOI: 10.1021/jacs.7b05021蒋伟博士简介http://www.x-mol.com/university/faculty/26767蒋伟课题组长期招聘博士后,招收硕士/博士研究生(哈工大联培,接收保研生)以及境外联培博士生。热诚欢迎有志于有机超分子化学与材料方向的青年才俊加盟。课题组将提供一流的科研条件与有竞争力的薪资待遇。

来源: X-MOL 2017-07-09

基于DNA步移机与超分支滚环扩增技术的电致化学发光方法检测Kras突变基因

个体化医学因能提供更有效和准确的药物、减少药物的副作用、降低治疗成本,在癌症诊断和治疗中具有重要的应用前景。检测与药物作用有关的基因有助于为个体癌症患者提供用药的科学依据。研究表明,具有野生型鼠类肉瘤病毒癌基因(Kras)的结肠直肠癌(CRC)患者可受益于抗表皮生长因子受体(EGFR)的治疗,然而一旦Kras基因发生突变,患者则不能从抗EGFR治疗中获益。因此,Kras基因的检测可以筛选出EGFR靶向治疗药物有效的结肠直肠癌患者,帮助医生选择对肿瘤病人最有效的治疗方法,实现肿瘤病人的个体化治疗。福州大学食品安全与生物分析教育部重点实验室的林振宇研究员(点击查看介绍)课题组联合福州大学生物科学与工程学院翁祖铨教授(点击查看介绍)课题组构建了一个基于锁核酸(LNA)功能化的DNA步移机和超分支滚环扩增(HRCA)双重信号扩增技术的电化学发光(ECL)生物传感器,用于检测Kras突变基因。该传感器结合了LNA对单碱基突变的高识别能力及步移机和HRCA高扩增效率的优点,实现了Kras突变基因高选择性和高灵敏度的检测。首先他们在磁珠上连接DNA基底链(SD)和步移链(DW)构建DNA步移机,SD与DW部分杂交并形成特殊位点,在切刻内切酶的作用下,剪切特殊位点并释放SD,同时DW与下一条SD杂交并剪切释放SD形成一个循环。为调控DNA步移,他们引入锁核酸修饰的探针(LMPP)对DW进行保护。锁核酸的特殊结构使其具有很好的识别单碱基突变的能力。当体系存在目标物Kras突变基因时,该基因能够与LMPP杂交并启动DNA步移机,释放大量的SD,再通过磁性分离,释放的SD被分离出来并作为HRCA的引物,触发扩增反应。HRCA产物包含大量长度不一的双链DNA,利用Ru(phen)32+能够嵌入双链DNA中并产生ECL信号的特性,实现对目标物的灵敏检测。这一研究成果近期发表在Chemical Communications 上,同时被选为外封面文章,文章的第一作者是福州大学博士研究生张莹。该论文作者为:Ying Zhang, Lixu Wang, Fang Luo, Bin Qiu, Longhua Guo, Zuquan Weng, Zhenyu Lin, Guonan Chen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):An electrochemiluminescence biosensor for Kras mutations based on locked nucleic acid functionalized DNA walkers and hyperbranched rolling circle amplificationChem. Commun., 2017, 53, 2910-2913, DOI: 10.1039/c7cc00009j导师介绍林振宇http://www.x-mol.com/university/faculty/9537 翁祖铨http://www.x-mol.com/university/faculty/41643

来源: X-MOL 2017-07-01

三维微结构的数字微流芯片用于并行多种DNA分析

数字微流控是近年来发展起步的一种新兴技术,具有消耗的样品剂量少、样品处理更加便捷和省时、不容易造成样品污染、易于实现集成化等优点。因此,数字微流控对实现即时疾病检测、食物安全检测、环境污染检测等方面有着广阔的应用前景。对于从少量可用样品中检测疾病的分子诊断技术而言,微型化和并行化是实现现场诊断(point-of-care testing)的关键因素。微流体芯片上可靠和精确的液滴分裂有助于实现这一目标。今年初,澳门大学模拟与混合信号超大规模集成电路国家重点实验室在英国皇家化学学会旗下期刊 Lab on a Chip 刊载题为“数字微流体芯片上用于精确和并行液滴分裂的三维微刀片结构”的论文。在该论文中,三维微刀片结构创造性地应用在由介质上电润湿(EWOD)力驱动的数字微流体芯片上,实现了精确、可逆、并行和体积可控的液滴分裂。特别是在有多个微刀片时,仅需要两个电极就可以在一次分裂中同时产生高达4个子液滴。使用这种技术,多种潜在的可引起败血症的病原体DNA可以从最小1微升的单个液滴中成功识别。而且,制备相同荧光团标记的DNA分子信标探针可以检测多个病原体标靶,使用常规的芯片外测定手段则非常难以实现,检测系统得以大大简化。该数字微流控系统在多步骤生物化学的实际应用中具有很高的潜力,尤其是用于疾病诊断的后聚合酶链式反应(PCR)分子检测。基于此数字微流控技术的便携式DNA检测系统,对于隐藏疾病或传染疾病都可以进行检测,方便医疗人员于偏远落后山区诊断疾病,判断感染病原体,从而对症下药,避免贻误最佳的治疗机会。该论文作者为:Cheng Dong, Yanwei Jia, Jie Gao, Tianlan Chen, Pui-In Mak, Mang-I Vaiab and Rui P. Martinsab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 3D microblade structure for precise and parallel droplet splitting on digital microfluidic chipsLab Chip, 2017, 17, 896-904, DOI: 10.1039/C6LC01539E研究团队介绍http://amsv.umac.mo/people/249

来源: X-MOL 2017-06-30

一种测定活性化合物细胞生物利用度的方法

注:文末有研究团队简介 及本文作者科研思路分析测定活性化合物的细胞生物利用度是阐明化合物的细胞活性和指导化合物结构优化的关键步骤,也是研究化合物细胞生物活性数据的时间和剂量依赖性以及化合物细胞内稳定动力学的关键。近日,H. Lee Moffitt Cancer Center & Research Institute的季海涛(点击查看介绍)团队建立了一项新的基于高效液相–质谱联用(HPLC–MS)的技术来测定活性化合物的细胞生物利用度,该技术具有很强的通用性和可靠性。对于从事基于细胞的药物化学和化学生物学的科研人员来说,有一个问题常常令人苦恼,即基于蛋白测定的生物活性结果和基于细胞测定的生物活性结果在很多时候相差很大。这个问题传统上认为是因为化合物具有很低的细胞透膜性。事实上,在细胞实验中,化合物的细胞活性数据往往受以下条件影响:(1)化合物的水溶性;(2)化合物和细胞培养液中的血清蛋白结合率;(3)化合物和细胞培养瓶、细胞膜外蛋白和基质以及与细胞膜的非特异性结合;(4)化合物生物转化为活性或无活性代谢产物。同时,化合物细胞生物活性的高低取决于活性数据收集的时间点和所采用的化合物起始浓度。因此,测定化合物的细胞生物利用度对于正确解读化合物细胞化学生物学活性的数据至关重要。药物化学和化学生物学领域急需要一个可靠、灵敏、通用并容易实现的实验技术。Moffitt Cancer Center的季海涛团队建立第一个通用性的方法来测定活性化合物的细胞生物利用度,基于HPLC–MS,通过设计关键对照实验,能精确测定活性化合物的细胞内浓度。该方法还可以测定化合物和细胞培养液里的血清蛋白结合率、化合物和细胞培养瓶、细胞外蛋白、基质以及细胞膜的非特异性结合,除此之外,还可以测定化合物细胞内浓度的时间依赖性、剂量依赖性以及化合物的细胞内外稳定性和透膜性。在这篇论文中,季海涛团队将该方法应用于研究两种蛋白质–蛋白质相互作用靶标的抑制剂:bromodomain抑制剂和β-catenin/BCL9抑制剂。通过这一应用,抑制剂的不同细胞摄取、不同细胞膜内外的非特异性结合、化合物的不同细胞稳定动力学得以揭示。该技术还能够用于研究活性化合物中子结构/化学功能团和细胞实验中的非特异性结合的关系。进一步开发这项技术,有可能揭示出化合物子结构/官能团对细胞实验结果的影响。这一成果近期发表在Journal of Medicinal Chemistry 上,文章的第一作者是季海涛团队的研究生Kevin B. Teuscher。该论文的作者为:Kevin B. Teuscher, Min Zhang, Haitao Ji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 Versatile Method to Determine the Cellular Bioavailability of Small-Molecule InhibitorsJ. Med. Chem., 2017, 60, 157–169, DOI: 10.1021/acs.jmedchem.6b00923季海涛教授简介季海涛,美国H. Lee Moffitt Cancer Center & Research Institute 副教授、副研究员,1990年9月–1994年7月在中国人民解放军第二军医大学药学专业攻读本科,同时入伍;1994年9月–1999年6月,硕博连读于第二军医大学药物化学专业,导师是张万年教授;1999年7月–2002年2月在第二军医大学药物化学教研室工作;2002年2月-2006年8月在美国西北大学(Northwestern University)从事博士后工作,导师是Richard B. Silverman教授; 2008年1月-2010年6月被美国西北大学(Northwestern University)化学系聘为研究副教授(Research Associate Professor);2010年7月被美国犹他大学(University of Utah) 化学系聘为终身制(tenure-track)助理教授(Assistant Professor),开始独立科学研究;2016年8月被H. Lee Moffitt Cancer Center & Research Institute聘为副教授、副研究员。季海涛已经发表科研论文80多篇,获得美国专利5个,正在申请的美国专利4个。论文引用超过2000多次,H影响因子26;作为课题独立负责人已有一项新药转让给美国药厂。季海涛http://www.x-mol.com/university/faculty/41634课题组主页http://labpages2.moffitt.org/ji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:作为一个从事基于细胞的药物化学和化学生物学的科研人员,有一个重要问题常常困惑着我:基于蛋白测定的生物活性结果和基于细胞测定的生物活性结果相差很大,常常认为是因为化合物具有很低的细胞透膜性。事实上,在细胞实验中,化合物的细胞活性数据往往受以下条件影响:(1)化合物的水溶性;(2)化合物和细胞培养液里的血清蛋白结合率;(3)化合物和细胞培养瓶、细胞膜外蛋白、基质以及细胞膜的非特异性结合;(4)化合物生物转化为活性或无活性的代谢产物。同时,细胞生物活性的高低取决于活性数据收集的时间点和采用的起始加药浓度。因此,测定化合物的细胞生物度对于正确解读化合物细胞的化学生物学活性数据至关重要。但是,该领域还缺乏一个可靠和通用性强的方法。Q:研究过程中遇到的最大挑战在哪里?A:设计对照实验来精确测定化合物细胞内的浓度。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:该方法能够精确测定活性化合物的细胞内浓度,可以用于测定化合物和细胞培养液里的血清蛋白结合率,化合物和细胞培养瓶、细胞外蛋白、基质以及细胞膜的非特异性结合, 化合物细胞内浓度的时间依赖性、剂量依赖性以及细胞内外的稳定性和透膜性,还可以揭示化合物细胞内的稳定动力学。除此之外,该方法还能够用于研究化合物的中子结构以及化学官能团和细胞实验中非特异性结合的结构–结合的关系。该技术具有可靠性强和通用性强的特点。采用细胞模型研究化合物结构–活性关系的药物研发企业和研究机构都能很轻松地使用这项技术。

来源: X-MOL 2017-06-25

具有荧光增强效应的纳米内窥镜用于小体积样品检测

单细胞内的荧光分析和成像能够为了解细胞功能、疾病机理、细胞与药物的相互作用等提供丰富的信息。由于细胞内待测物质的含量非常低,往往需要对荧光信号进行放大或增强。等离子增强荧光(Plasmon-enhanced fluorescence, PEF)或金属增强荧光(Metal-enhanced fluorescence, MEF)能够有效地增强金属表面或纳米颗粒附近的荧光强度,从而提高荧光传感的灵敏度或成像质量。然而,由于PEF的有效增强距离通常小于100 nm,而细胞的尺寸在微米级别,因此PEF只能增强细胞膜附近的荧光分子,无法提高细胞内的分析灵敏度和成像质量。为了解决这个问题,清华大学陆跃翔助理教授与陈靖教授课题组发展了一种基于纳米内窥镜的荧光增强模式,有望用于单细胞内的荧光高灵敏检测。在前期工作中,清华大学的研究团队制备了具有显著荧光增强效应的多孔金纳米线。通过调节纳米线上孔径的尺寸可以有效地调节纳米线的等离子体共振峰的波长,使其与荧光染料Cy5的发射峰匹配。同时,纳米线上均匀分布的孔道可以提高纳米线表面“热点”的密度,从而实现荧光增强效应的显著提高。研究发现,在单根多孔金纳米线上,Cy5分子的荧光强度最大可以增强62倍,比光滑金纳米线表面的荧光强度提高了8倍,是目前报道的在单根纳米线上获得的最高荧光增强倍数。相比于光滑金纳米线,多孔金纳米线的荧光背景显著降低,有利于提高检测的信噪比(Chemical Communications, 2016, 52, 1808-1811. Back cover)。随后,研究团队通过将这种具有显著荧光增强效应的单根多孔金纳米线组装到钨针针尖上,构建了具有荧光增强效应的纳米内窥镜。这种纳米内窥镜长度为15微米,直径为250纳米,可以在光学显微镜下通过三维操作平台进行精确的操控和移动。研究人员以溶菌酶为检测对象,将纳米内窥镜插入到微小液滴中,实现了微米深度溶菌酶的高灵敏检测,空间分布率达到亚微米级。与基于光滑金纳米线的纳米内窥镜相比,检测灵敏度提高了23倍。这种基于单根多孔金纳米线的纳米内窥镜具有多种优势,使其有希望用于单细胞内部高时空分辨的荧光分析和成像:纳米线为具有较小直径的圆柱体,并具有良好的生物相容性,可以降低对细胞的损伤;纳米线上的荧光增强效应可以提高检测灵敏度;金表面易于修饰,可以发展多种检测体系用于不同物质的检测。该研究成果近期发表在Analytical Chemistry 上,该工作得到了国家自然科学基金的大力支持。该论文作者为:Hang Yuan, Jie Liu, Yuexiang Lu, Zhe Wang, Guoyu Wei, Tianhao Wu, Gang Ye, Jing Chen, Sichun Zhang and Xinrong Zhang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):Nano Endoscopy with Plasmon-Enhanced Fluorescence for Sensitive Sensing Inside Ultrasmall Volume SamplesAnal. Chem., 2017, 89, 1045–1048, DOI: 10.1021/acs.analchem.6b03876

来源: X-MOL 2017-06-23

代谢途径延伸策略为生物标记物的鉴定提供新思路

注:文末有研究团队简介 及本文作者科研思路分析随着精准医学等概念的提出,代谢组学技术在生物标记物的发现及相关疾病的诊断、治疗和预后等环节中的重要作用日益彰显。尽管分析仪器的发展极大推动了生物标记物的测定,目前代谢物的首要鉴定手段仍依赖于将样品中所获得的一级、二级信息与在线数据库如HMDB、METLIN中所含标准品的信息进行比对。然而,数据库仅能满足生物样品中约30%化合物的鉴定;如何对数据库中不包含的生物标记物进行快速、可靠的鉴定俨然成为制约代谢组学发展的瓶颈。近日,中国药科大学郝海平教授(点击查看介绍)团队建立了一种不依赖于数据库搜索的新策略——“代谢途径延伸策略”能够高效地解决生物标记物鉴定困难的问题。该策略基于一个“亚代谢组”的核心概念,即全代谢组是由数量有限的核心代谢物(如葡萄糖、脂肪酸、胆汁酸等)通过各种代谢反应(氧化、脱羧、甲基化等)衍生而成的亚代谢组构成;理论上,亚代谢组能够通过确定的核心物质和代谢反应桥连为网络(图1)。从核心化合物的结构出发,通过代谢反应的延伸能够推导整个亚代谢组物质的结构,即“代谢途径延伸策略”。该策略的最终目标是通过对多个核心化合物的亚代谢组网络鉴定,完成对全代谢组的物质结构表征。该课题组选择了肉碱为中心化合物对该策略进行了验证。通过灌胃给予小鼠肉碱引起亚代谢网络的扰动,选择变化显著的化合物构建亚代谢物池,随后以肉碱为核心,通过将池中物质的一级精确质量差值与一步、两步乃至多步代谢反应进行匹配,将代谢物桥联成网络。最后,通过所获得的MS/MS信息对通过代谢反应桥连的代谢物对进行确证。他们运用该策略,成功表征了97个代谢物所构成的肉碱亚代谢网络中的93个物质,比传统数据库鉴定所得到的化合物的个数多出一倍。他们将该策略应用在肉碱水平被扰动的禁食模型中,成功鉴定出14个包含在肉碱亚代谢网络的生物标记物,其中5个未被数据库收录,进一步证明该策略对结构上有关联性的亚代谢组生物标记物的鉴定有很大优势。这一研究成果近期发表在Analytical Chemistry 上,该论文的第一作者是中国药科大学的博士生王琳和特聘副研究员叶慧,通讯作者为郝海平教授和王广基院士。该论文作者为:Lin Wang, Hui Ye, Di Sun, Tuo Meng, Lijuan Cao, Mengqiu Wu, Min Zhao, Yun Wang, Baoqiang Chen, Xiaowei Xu, Guangji Wang, Haiping Hao 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):Metabolic Pathway Extension Approach for Metabolomic Biomarker Identification Anal. Chem., 2017, 89, 1229-1237, DOI: 10.1021/acs.analchem.6b03757郝海平教授简介郝海平博士,教授,博士生导师;现任中国药科大学药学院院长、“天然药物活性组分与药效”国家重点实验室副主任、“药物代谢调控与靶标发现实验室”主任,兼任中国药学会应用药理专业委员会副秘书长等职务;2013年获得国家杰出青年科学基金、首批中组部青年拔尖人才、江苏省特聘教授,2014年被评为长江学者,首批江苏省杰出青年科学基金获得者、第十一届江苏省十大青年科技之星、教育部新世纪人才;主要从事中药及天然药物体内过程、代谢调控与作用靶标研究;发表SCI论文115篇,其中以第一和通讯作者在Cell Metabolism、Trends Pharmacol Sci、Nat Commun、Anal Chem 等专业领域一流期刊发表SCI论文66篇。http://www.x-mol.com/university/faculty/41626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:在疾病的生物标记物研究中,我们往往对一系列化合物例如胆汁酸、葡萄糖、谷氨酰胺的代谢物感兴趣,因此首次提出了“亚代谢组”的概念。然而,在代谢组学的研究中,我们经常遇到标记物鉴定困难的问题,为数据库中不包含的物质信息而苦恼。与同行的交流也使我们感受到,目前生物标记物的鉴定是制约代谢组学应用的重要因素。我们团队前期曾建立了通过代谢途径匹配复杂中药组分中所含成分即“化学物质组”及其体内代谢产物即“药物代谢组”的策略,对复杂的天然成分在体内的代谢物结构进行鉴定。受到该策略的启发,我们创新性地提出了不依赖于数据库的“代谢途径延伸策略”,靶向性地围绕核心化合物进行亚代谢组的鉴定工作。Q:研究过程中遇到的最大挑战在哪里?A:该项研究中需要进行大量的程序开发及数据运算,作为非计算机专业的学生,我们面临着很多困难。原本我们试图对全代谢谱进行描绘,但是实验和数据运算量过大,难度大幅增加。未来我们希望通过进一步完善算法,进行更快速、智能的结构鉴定研究,完成更多亚代谢组网络中代谢物结构的表征,达到最终完善全代谢组网络图谱的目标。Q:本项研究成果最有可能的重要应用有哪些? A:代谢途径延伸策略证实在生物标记物的快速鉴定中具有卓越的表现,未来我们希望通过不断选取科学界所感兴趣的核心化合物,例如癌细胞中异常活跃的糖代谢等,进行更多的亚代谢组表征,完成数据库不包含物质的鉴定工作。同时,结合经典的分子生物学手段,对新鉴定的、在生理和病理条件下有显著性差异的生物标记物的生理及病理功能进行深入阐述,使代谢组学发挥转化医学的价值。

来源: X-MOL 2017-06-20

“化学舌头”巧辨威士忌

威士忌是一种流行于欧洲和北美的烈性酒。按照产地,威士忌可以分为苏格兰威士忌、爱尔兰威士忌、美国威士忌和加拿大威士忌四大类。像中国的白酒一样,不同产地、发酵工艺、储藏条件、年份等因素会孕育出不同风味的威士忌。但不同威士忌之间化学成分又极为相似,通过一般的分析手段很难辨别。目前,高档威士忌的售价在每瓶1万到13万欧元间(壕气逼人~~),消费者当然很担心假冒伪劣产品啦。各种威士忌。图片来源:Monticello / iStockphoto最近,德国海德堡大学Uwe Bunz教授课题组和荷兰格罗宁根大学Andreas Herrmann教授课题组的科学家们合作发明了一种“化学舌头”——荧光探针阵列,可以准确地区分超过30种不同的威士忌。依靠超强的灵敏度,这种“化学舌头”还能识别出威士忌的关键品质信息,如麦芽状态、酒龄、原产地甚至口味等。相关研究发表在Cell Press旗下化学综合类期刊Chem 上。也许有朋友要提出疑问,为什么一定要用化学方法来解决品酒问题,我们不是有品酒师吗?的确,经验丰富的专业品酒师通过捕捉鼻腔和唇齿间那极细微的差别,可以对威士忌的特性和品质进行判断。但再优秀的品酒师也难免会失误,且培养一位资深品酒师需要至少数十年时间。人类的舌头往往只能尝出气味明显的物质,如麦芽和柑橘类的调味剂,而其他更复杂更多样的化学物质就很难分辨了。而且,就如Uwe Bunz教授所说,尝试用化学方法分辨两种组成极为接近的复杂物质是件有趣的事情,威士忌就是绝佳的实验对象。Bunz教授对于用化学方法品酒情有独钟,之前他们已经用过类似手段分辨各种白葡萄酒(点击阅读详细),这次他们挑战了难度更大的威士忌。文章的通讯作者Uwe Bunz教授(左)和第一作者韩进松(Jinsong Han)博士(右)。图片来源:Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg研究者设计了两类荧光探针,一种是化学合成的离子型聚合物荧光探针(Poly(p-aryleneethynylene)s,PAEs),另一种是基于绿色荧光蛋白(Green fluorescent protein,GFP)的探针。综合这两种荧光探针的结果可以使准确率提高到近乎100%。将不同的威士忌滴入含有荧光探针溶液阵列的测试孔板中(常用的96孔板),所引起的荧光信号变化也不同,用酶标仪快速读取荧光信号强度,就能获得每种威士忌对应的特征值。但是只有一种高分子荧光探针对威士忌的响应是不够的,因此研究者从二十多种修饰过的离子聚合物中筛选出三种响应最佳的高分子荧光探针,于是每种威士忌有三个荧光变化的特征值。就像“三点确定一条直线”的道理一样,用这三个值我们可以锁定一种威士忌,形成其独特的指纹。三种离子型高分子荧光探针PAEs的结构式。图片来源:Chem分别于正电肽链和负电肽链连接的绿色荧光蛋白探针。图片来源:Chem“化学舌头”这个词并不是笔者的创造,在原文中Bunz教授等人就将他们的发明称为“舌头”。那么,这些荧光探针阵列和真人的舌头之间究竟有什么相似之处呢?人类的舌头上分布着6-7种味觉受体,如甜、咸、苦、酸、鲜和热。我们就根据这些味觉因素的不同组合来分辨不同的食物。这些味觉的混合会给你留下关于这种食物味道的整体印象。而Bunz教授等人开发的“化学舌头”正是具有综合多个指标的优点。传统的化学分析技术,如质谱,是将混合物分成若干单独的组分再给出图谱或示数。而高分子荧光探针是对整个混合物直接做出响应。研究者并没有指出威士忌中的组分和荧光探针详细的反应过程,但他们知道最后读出的荧光信号与威士忌的酒龄、麦芽状态(单一或混合)、原产地、口味有关。用荧光探针鉴别威士忌的方法示意图。图片来源:Chem尽管这一成果让人惊讶,但此“化学舌头”或许并不会夺走人类品酒师的饭碗。比如,一杯威士忌,经验丰富的品酒师往往能准确判断出品牌,但这对“化学舌头”来说却是不可能完成的任务。“化学舌头”只能比较两款威士忌的相似程度。也就是说,如果没有确定的标准品(正品酒)作为参照,“化学舌头”的那些荧光信号毫无意义。不过,如果将比赛场景切换为分辨正品酒和高仿山寨酒,“化学舌头”无疑能轻松完胜。在小氘看来,这项研究最大的亮点是极广的适用性。研究者选用威士忌作为分析对象,取得了很好的效果。理论上,红酒、白酒、啤酒、果汁……只要是复杂混合物都可以用它鉴别真伪。只要有这些高分子探针(合成也不困难),实验非常简单,混合后读板就可以了,确实是一项很有应用前景的发明。作者自己也说,他们未来将会把这一技术推广到辨别消费者产品(例如香水和其他酒精饮料),甚至处方药(预防过期药、假药、仿冒药等等)。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 Hypothesis-Free Sensor Array Discriminates Whiskies for Brand, Age, and TasteChem, 2017, 2, 817-824, DOI: 10.1016/j.chempr.2017.04.008(本文由氘氘斋供稿)

来源: X-MOL 2017-06-18

线粒体定位型高选择性ATP荧光探针的构建

注:文末有本文作者科研思路分析ATP(三磷酸腺苷)是生物体内不可缺少的生物大分子,在细胞呼吸、酶催化、能量和信号传递过程中起到关键的作用。线粒体是产生ATP的主要场所,ATP的含量变化必然会对线粒体的功能产生不可逆的影响。科学研究表明,线粒体的功能紊乱与心血管疾病、恶性肿瘤以及帕金森氏症等疾病密切相关。因此,发展一种可靠并能实时监控线粒体中ATP含量变化的荧光探针,对研究与线粒体受损的有关疾病的发病机制有着重要的意义。随着ATP研究的深入,人们已经构建了许多检测ATP的荧光探针。毫无疑问,这些荧光探针为ATP的检测做出了重大的贡献。然而,这些荧光探针仍然存在两方面的问题亟待解决。一方面,几乎所有的荧光探针都难以定位线粒体,因而这些荧光探针只能用于检测细胞中ATP含量的变化,而无法检测线粒体中ATP含量的变化。另一方面,大多数荧光探针(如锌络合物荧光探针)只有一个识别位点且只能对生物阴离子的磷酸基团进行识别,所以这些荧光探针对ATP的识别具有较差的选择性。图1. A. 荧光探针Mito-Rh荧光光谱图;B. 荧光探针Mito-Rh选择性图;C. 荧光探针Mito-Rh与ATP的反应机理图;D. 用荧光探针Mito-Rh和线粒体追踪绿染料染色的Hela细胞的共区域化荧光成像图:(a) 荧光探针Mito-Rh(红色通道);(b) 线粒体追踪绿染料(绿色通道);(c) a和b的叠加图;(d) 明场图;(e) 荧光探针Mito-Rh和线粒体追踪绿染料的荧光强度散点图;(f) 感兴区域的荧光强度曲线图;E. 实时监测线粒体中ATP变化的Hela细胞荧光成像图:(a) 0 min, (b) 5 min, (c) 10 min, (d) 15 min, (e) 荧光相对强度图近日,湘潭大学化学学院的李春艳副教授(点击查看介绍)课题组报道了高选择性的可实时监测线粒体中ATP含量的变化的荧光探针。他们利用罗丹明、二乙烯三胺和三苯基膦分别作为该荧光探针的荧光基团、识别基团和定位基团。该荧光探针能与ATP发生双识别共同作用(π-π堆积和氢键作用),使得该探针对ATP具有特异性检测识别功能。此外,该荧光探针可以精确地定位于线粒体中,并实现实时监控线粒体中ATP含量的变化。最后,通过改变探针的定位基团,这种高选择性的荧光探针有望应用于监测溶酶体、细胞膜等部位中ATP含量的变化。这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上,文章的第一作者是湘潭大学硕士研究生谭凯月。该论文作者为:Kai-Yue Tan, Chun-Yan Li, Yong-Fei Li, Junjie Fei, Bin Yang, Ya-Jun Fu and Fang Li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):Real-Time Monitoring ATP in Mitochondrion of Living Cells: A Specific Fluorescent Probe for ATP by Dual Recognition Sites Anal. Chem., 2017, 89, 1749−1756, DOI: 10.1021/acs.analchem.6b04020导师介绍李春艳http://www.x-mol.com/university/faculty/41623 科研思路分析Q:这项研究的设计思路是怎样的?A:首先,我们选择ATP作为研究对象是由于ATP作为生物体内不可或缺的生物大分子, 其含量的变化必然会对线粒体的功能产生不可逆的影响。因此实现监测线粒体中ATP含量变化的重要性不言而喻。然而,目前能高选择性地在线粒体中检测ATP含量变化的荧光探针尚无报道。因此,我们开展了相关课题的研究。我们探针的设计思路很简单,即使用罗丹明作为荧光母体,以二乙烯三胺为识别基团,以三苯基膦为定位基团实现对ATP的检测。值得一提的是,由于该荧光探针具有双识别位点且荧光背景低,实现了对ATP高选择性、高灵敏度的检测。Q:研究过程中遇到的最大挑战在哪里?A:最大的挑战是该研究属于交叉学科的研究,其中需要不少生物和医学方面的背景知识,而我们的团队主要来源于化学专业,因此在生物和医学方面存在知识储备不足的挑战,未来希望有相关领域的研究者一起合作将研究推动到更高的层次。其次,罗丹明虽然存在诸多优点,但是缺点也不可忽略。例如,罗丹明的发射波长短(可见光区)、不利于生物组织或活体成像。我们将继续构建近红外区的ATP荧光探针,希望能拓宽其在生物体系中的应用。

来源: X-MOL 2017-06-17

鞠熀先教授在细胞表面聚糖原位检测研究中再获重要进展

糖基化是普遍存在的翻译后修饰,蛋白质的糖基化模式决定了其结构、功能以及细胞识别和信号传导等过程,与细胞生理状态的动态响应、疾病的进程和状态密切相关。因此,对活细胞表面特定蛋白糖型的原位检测有助于加深对糖基化机制和蛋白功能的理解,也可为疾病特别是癌症的诊断和治疗提供靶标。南京大学生命分析化学国家重点实验室的鞠熀先教授(点击查看介绍)研究组自2007年以来,针对这一挑战性课题,先后在国家自然科学基金和973项目资助下,通过设计两表面一分子竞争识别策略和聚糖电化学检测芯片,提出细胞表面糖基原位检测的奠基性工作(J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 7224; Angew. Chem. Int. Ed., 2009, 48, 6465等),曾获2013年教育部自然科学一等奖。同时,他们通过组装P-糖蛋白抗体功能化仿生界面,提出电极界面上细胞检测的新方法;并引入“化学选择性聚糖识别”,提出细胞表面多种聚糖的同时定量和聚糖密度的分析策略,该工作是2016年江苏省科学技术一等奖的主要内容。2015年以来,该研究组在细胞表面特定蛋白糖型的成像方法学研究方面取得重要的进展,发展了特定蛋白质上的糖基与多种糖型原位检测的系列方法(Chem. Sci., 2015, 6, 3769; Chem. Sci., 2016, 7, 569; Anal. Chem., 2016, 88, 2923; Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 5220)。近日,他们用核酸适配体(Apt)标记半乳糖氧化酶(GO),利用Apt识别细胞表面的特定蛋白质和GO的活性“开关”,构建了一种局域聚糖化学重构策略,实现了活细胞表面特定蛋白的糖型成像。相关工作发表在Angew. Chem. Int. Ed. 上。图1. 局域聚糖化学重构策略的原理示意图该局域聚糖化学重构工作的第一作者是2014级硕士研究生惠晶晶,丁霖副教授和鞠熀先教授为通讯作者。他们以MUC1黏蛋白为研究模型,首先利用Apt与MUC1的特异性识别将亚铁氰化钾抑制的GO定位至MUC1上。然后用铁氰化钾激活GO,催化氧化细胞表面MUC1的末端半乳糖/N-乙酰半乳糖胺(Gal/GalNAc)生成醛基,通过醛基-生物素酰肼的快速反应将FITC标记在目标Gal/GalNAc上,用化学反应活性作为信号报告系统实现了活细胞表面特定蛋白糖型的原位检测。与通常的糖代谢标记技术相比,局域聚糖化学重构策略操作简单,仅对目标蛋白上的聚糖进行标记,标记过程与细胞自身功能无关,避免了“代谢效率”的异质性问题,为不同细胞系特定蛋白上糖型表达的研究提供了重要的工具和方法模型。这是该课题组在细胞功能分子原位检测方法学研究领域的又一项重要进展。该论文作者为:Jingjing Hui, Lei Bao, Siqiao Li, Yi Zhang, Yimei Feng, Prof. Dr. Lin Ding, Prof. Dr. Huangxian Ju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):Localized Chemical Remodeling for Live Cell Imaging of Protein-Specific GlycoformAngew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI: 10.1002/anie.201703406导师介绍鞠熀先http://www.x-mol.com/university/faculty/11571

来源: X-MOL 2017-06-16

基于黄绿色荧光碳点的硒醇纳米探针的构建及分析应用研究

硒代半胱氨酸(Selecysteine, Sec)是含硒蛋白的一个基本构建单元,执行了体内各种含硒物质的大部分功能。荧光分析法具有高灵敏度、高选择性并可原位、实时细胞成像等优点。目前报道的测定Sec的光学探针主要为有机小分子荧光探针,存在光稳定性差、不利于长时间荧光成像的缺点。基于碳点(CDs)的纳米荧光探针在一定程度上能够减少甚至消除上述缺点,从而实现细胞中Sec的原位、实时、动态表征。Figure 1. Synthesis route for CD-DNS and its sensing mechanism for Sec近日,西北大学的杨小峰(点击查看介绍)、李华(点击查看介绍)课题组首次以间氨基酚为原料,合成并纯化得到黄绿色荧光碳点(Y-G-CDs),该碳点具有量子产率高、荧光激发/发射波长较长等优点。在此基础上,他们以Y-G-CDs为荧光团,2,4-二硝基苯磺酰基(DNS)为识别基团,制备了表面含有2,4-二硝基苯磺酰胺的纳米荧光探针(CD-DNS)。该探针可选择性检测硒醇类物质(Figure 1)。Figure 2. (A) Fluorescence spectra of CD-DNS (20 μg mL-1) upon addition of increasing concentrations of Sec (0-40 μM) in phosphate buffer. (B) Time course of fluorescence intensity of CD-DNS (20 μg mL-1) in the presence of Sec (40 μM), Cys (100 μM), and GSH (1 mM) in phosphate buffer.  λex/λem = 450/514 nm.由于表面含有2,4-硝基苯,探针CD-DNS几乎无荧光产生,而基于Sec中-Se-强的亲核能力,可与探针的2,4-二硝基苯磺酰胺发生亲核取代反应,从而导致体系的荧光信号显著升高,由此实现细胞中Sec的高灵敏度、高选择性检测(Figure 2A)。动力学研究表明,该反应速率较快,10分钟后体系荧光信号趋于稳定(Figure 2B)。除此之外,细胞中其他硫醇类化合物,如谷胱甘肽(GSH)、半胱氨酸(Cys)和高半胱氨酸(Hcy)对检测Sec干扰较小,CD-DNS对Sec的检测表现出很好的选择性(Figure 3)。Figure 3. Fluorescence intensity of CD-DNS (20 μg mL-1) in the presence of various analytes in phosphate buffer. Cys and Hcy are both 100 μM. The concentrations of other analytes are 1.0 mM. λex/λem =450/514 nm.实验结果表明,CD-DNS对外源和内源硒醇均表现出较好的细胞成像效果。CD-DNS染色的L929细胞无明显荧光信号(Figure 4a)。在CD-DNS染色的细胞中加入外源Sec后,体系荧光明显增强(Figure 4B)。利用不同浓度Na2SeO3诱导细胞产生硒醇类物质,然后用CD-DNS染色细胞,体系荧光强度明显增强,其荧光信号与Na2SeO3的浓度成正相关(Figure 4C and 4D)。这说明该探针可用于内源硒醇的定量检测,这一研究成果近期发表在Analytical Chemistry 上。该工作得到国家自然科学基金项目的资助(nos. 21475105, 21275117, 21375105)。Figure 4. Confocal fluorescence images of Sec in L929 cells. Cells were incubated with CD-DNS (20 μg mL-1) for 6 h, and then subjected to different treatments; (A) control (no Sec); (B) cells treated with Sec (40 μM). (C) and (D) were the cells pretreated with 5 or 10 μM of Na2SeO3 for 12 h, respectively, followed by incubation with CD-DNS (20 μg mL-1) for additional 6 h. Scale bar: 30 μm.该论文作者为:Qin Wang, Shengrui Zhang, Yaogang Zhong, Xiao-Feng Yang, Zheng Li and Hua Li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):Preparation of Yellow-Green-Emissive Carbon Dots and Their Application in Constructing a Fluorescent Turn-On Nanoprobe for Imaging of Selenol in Living CellsAnal. Chem., 2017, 89, 1734–1741, DOI: 10.1021/acs.analchem.6b03983导师介绍杨小峰http://www.x-mol.com/university/faculty/13768 李华http://www.x-mol.com/university/faculty/13739   X-MOL分析领域学术讨论QQ群(292125992)

来源: X-MOL 2017-06-14
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