酶促自组装诱导激基缔合物的形成及其在生物成像中应用的研究

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如何在相对较低浓度下诱导有机荧光分子形成激基缔合物(excimer)仍然是一个挑战,以及如何在动态的、复杂的生物环境中诱导excimer的形成也是设计excimer荧光分子生物探针或传感器的一个挑战。本论文首次报道了酶促自组装(EISA)诱导低浓度的香豆素染料(Cou)形成excimer及其在生物成像中的应用。单独的Cou在磷酸盐缓冲液(PBS)中的吸收波长λabs=409 nm,发射波长λem=470 nm,因此Cou可较好地被共聚焦显微镜的405 nm激光激发,且Cou的单体(monomer)荧光也能在共聚焦显微镜中收集。但是,即使将Cou的浓度提高到8 mM,仍未检测到Couexcimer的荧光,我们认为这跟Cou分子扭曲分子内电荷转移(TICT)态的形成和7-二乙胺基引起的空间位阻有关,这也在一定程度上解释了为什么溶液中Cou excimer的形成鲜有报道。我们将Cou分子共价结合到自组装多肽分子中得到了多肽前体分子,发现高浓度的多肽前体分子pYD和pYDD能在PBS溶液中聚集形成Cou excimer(λabs=430 nm,λem=575 nm)。经过碱性磷酸酶(ALP)酶切后,多肽前体分子中的磷酸化酪氨酸(pY)脱磷酸根转化为酪氨酸(Y),产物的自组装能力大大增强,导致酶切前多肽前体分子在溶液中形成的纳米粒子或沉淀进一步自组装成纳米纤维。纳米纤维中的Cou基团采用了 H-type分子排列方式,而多肽纳米纤维溶液的浓度依赖性荧光光谱显示,Cou能在低浓度下形成Cou excimer。结构-性质关系的进一步研究表明,EISA中的自组装基本结构单元是EISA诱导Cou excimer形成的前提。荧光光谱、共定位实验、细胞酶活性抑制实验、细胞实时成像实验结果表明,pYD可以选择性地、定量地、快速地响应于外部的或细胞内源性的ALP。细胞成像性能实验表明,与单独的Cou相比,pYD的成像信号呈指数级增长(≈10000倍);与pYD的两个对照化合物(Ac和YD)相比,具有在细胞原位进行EISA能力的pYD的选择性及成像信号明显增强。pYD可用于对肿瘤细胞中的细胞间桥进行成像,以及有效地检测出肿瘤细胞及肿瘤组织。综上所述,本论文拓展了 EISA的功能和超分子化学的应用,为在相对较低浓度下诱导有机荧光分子形成excimer提供了一个思路,为在动态的、复杂的生物环境中原位诱导excimer的形成提供了一种方式,也为Cou excimer在生物成像中的应用提供了一个方向。
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