功能化石墨烯对蛋白聚集的抑制作用研究

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蛋白的聚集会导致蛋白正常生物学功能的丧失,引发帕金森氏症,2 型糖尿病,阿尔兹海默症等多种疾病。抑制蛋白聚集是治疗蛋白集聚相关疾病的有效手段。近年来,蛋白聚集抑制剂的研究引起了大家的关注。石墨烯是二维层状的碳纳米材料,具有生物相容性好,毒性低等特点。石墨烯分子内的多环芳烃结构、分子表面的含氧官能团可以与蛋白的氨基酸残基形成 π-π堆叠、氢键、疏水等多种分子间相互作用,而且相对于报道的小分子抑制剂来说,石墨烯作为一种纳米材料,具有更好的细胞穿透潜能。因此,从理论上来说,石墨烯纳米材料在抑制蛋白聚集方面具有较大的应用前景,然而,目前关于此方面的研究鲜有报道。相对于石墨烯来说,功能化石墨烯不仅能够防止石墨烯的自身聚集,还可以引入更多的抑制蛋白聚集的功能性基团,因此,本论文以聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)和多巴胺(DA)为功能试剂,分别合成了聚二烯丙基二甲基氯化铵功能石墨烯(PDDA-Gr)和聚多巴胺功能化石墨烯(PDA-rGO),以鸡蛋清溶菌酶和牛血清白蛋白为体外蛋白聚集的模型,探究了两种功能化石墨烯对于蛋白聚集的抑制作用,所获结果为蛋白聚集纳米抑制剂的研究提供了有益的参考和依据。主要内容如下:  1.聚二烯丙基二甲基氯化铵功能石墨烯(PDDA-Gr)对溶菌酶蛋白聚集的抑制作用研究  以ThT为荧光探针,考察了浓度、pH和孵育时间对溶菌酶聚集的影响,确定了溶菌酶自聚集纤维化过程研究的实验模型。利用PDDA与氧化石墨烯(GO)之间的非共价作用,水合肼一步还原制备了PDDA-Gr。通过TEM、XRD等手段对 PDDA-Gr 进行了表征。在构建的溶解酶自聚集模型的基础上,将溶菌酶与不同浓度的PDDA-Gr(二者质量比1:0.05,1:0.1,1:0.25)共同孵育,采用ThT荧光法,ANS荧光法,透射电镜法以及圆二色光谱法检测PDDA-Gr对溶菌酶聚集的抑制作用进行研究;结果显示,PDDA能够抑制溶菌酶聚集过程中 β 片层折叠和疏水区的暴露,抑制的程度与加入的PDDA-Gr的浓度呈正相关,0.25mg/ml PDDA-Gr对片层折叠和疏水区的暴露的抑制率分别为85%和81%。TEM 形貌观察显示,加入PDDA-Gr后的溶菌酶纤维大大减少。在溶菌酶孵育的第2天,第3天加入0.1mg/mL PDDA-Gr,以ThT为荧光探针,检测 PDDA-Gr 对于溶菌酶聚集前体的解聚作用。结果显示,加入0.1mg/mL PDDA-Gr时,对聚集前体的解聚率为27%,12%。  2.PDDA-Gr对牛血清白蛋白(BSA)聚集的抑制作用研究  以ThT为荧光探针,考察了浓度和孵育时间对BSA聚集的影响,确定了BSA自聚集纤维化过程研究的实验模型。在构建的模型下,将BSA与不同浓度的PDDA-Gr(二者质量比1:0.01,1:0.02,1:0.03)共同孵育,采用ThT荧光法,ANS荧光法,透射电镜法以及圆二色光谱法检测PDDA-Gr对BSA聚集的抑制作用进行研究;结果显示,PDDA能够抑制BSA聚集过程中β片层折叠,抑制的程度与加入的PDDA-Gr的浓度呈正相关,0.1mg/ml PDDA-Gr对于BSA淀粉样纤维化过程中的β片层折叠抑制率达50%。透射电镜表明,PDDA-Gr能够减少纤维的生成。圆二色光谱法进一步证实了PDDA-Gr对BSA聚集过程中β片层结构生成的抑制作用。  3.多巴胺功能化石墨烯(PDA-rGO)对于BSA聚集的抑制作用研究  多巴胺在pH=8.5的tris-HCl 溶液中,将多巴胺DA与GO超声混合后,通过DA的自聚反应和自身还原GO的性质,一步法合成PDA-rGO。通过透射电镜,X 射线衍射,紫外可见分光光谱对 PDA-rGO 进行了表征。在构建的BSA聚集实验模型体系下,将PDA-rGO与BSA共同孵育,探究了PDA-rGO对BSA聚集的抑制作用。结果表明,PDA-rGO能够抑制BSA聚集过程中β片层折叠结构的生成,抑制率与加入的PDA-rGO的量成正相关,0.1mg/mLPDA-rGO对BSA聚集的抑制率为52%。透射电镜显示,PDA-rGO能够明显减少纤维量的生成量,进一步确证了PDA-rGO对于BSA聚集的抑制作用。
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