【研究案例】武汉大学学者提出生物传感器设计的新思路

日期: 2018年08月22日


    

在生物体中,5-醛基尿嘧啶(5fU)发挥着重要的角色,并在许多相关领域引起广泛的关注。当生物体暴露于紫外线、Fenton型试剂、电离辐射、受到活性氧攻击或酶氧化时,就会产生5fU,导致基因错配、DNA功能的扰动、蛋白质-DNA相互作用的调控以及DNA结构的改变。

 

人们往往采用一些化学工具对5fU进行选择性标记以产生对环境敏感的核苷碱基(nucleobases),并以此来检测这种重要的生物标志物。比如,肼、羟氨基、苯二胺和茚三酮衍生物都可以与5fU的醛基发生高效反应。因此,5fU类似物的设计有望带来有效且生物相容的生物传感器。

 

基于DNA的生物传感器在许多领域不断发展,并在生物标志物检测、疾病治疗、纳米技术和计算等应用中表现出巨大的潜力。核苷碱基在高通量的寡核苷酸合成上表现出良好的特异性,使用寿命长,容易实现特定目标的检测。然而,大多数的研究是为了开发适体信标、纳米颗粒和人工碱基。关于核苷碱基天然修饰的应用研究还很少。

 

近日,武汉大学化学与分子科学学院的研究人员介绍了一种将5fU作为多功能合成模块的新概念,有望促进生物传感器的设计和合成。他们在化学领域著名期刊Angew. Chem. Int. Ed(影响因子12.1)上发表了这一研究成果。通讯作者为武汉大学化学与分子科学学院院长周翔教授,该研究中采用的小鼠胚胎干细胞和胚胎干细胞完全培养基来自赛业生物

 

他们将5-甲酰基-2'-脱氧尿苷中糖的5'-OH被叠氮基(N3)取代,而叠氮基可以通过点击化学与炔基修饰的目标基团发生反应,进一步实现细胞或细胞器的选择性结合。同时,5fU中的醛基可与不同的化学物质结合,产生对各种环境敏感的荧光核苷碱基,从而检测特定目标。

 

三苯基膦(TPP)

 

为了验证这种概念的可行性,研究人员选择三苯基膦(TPP)作为靶向线粒体的基团,对癌细胞和小鼠胚胎干细胞中的线粒体进行选择性成像。本研究中所使用的小鼠胚胎干细胞(mESC)和干细胞培养基均来自赛业生物。结果表明,无论是在HeLa细胞中,还是在mESC中,TPP-biaU(蓝色)的信号与线粒体探针MitoTracker(红色)的信号均能很好地重叠。

 

HeLa细胞

 

研究人员认为,这项研究提出了一种新思路和设计探针的方法,可以通过对环境敏感的核苷碱基来选择性结合细胞或细胞器,以检测特定目标。据了解,这是第一个来自天然核苷碱基的具有聚集诱导发光(AIE)性质的核苷碱基。此外,这种试剂对5fU的反应也是高度选择性的,因此可用于5fU的检测。

 

“这些成功的应用表明,我们基于天然核苷碱基的传感器设计理念是合理的,它将在分子设计、细胞成像、生物化学操作和分析化学领域具有广泛的应用前景。这有望对未来的探针设计产生重大影响。”作者在文中写道。

 

原文检索

5-Formyluracil as a Multifunctional Building Block in Biosensor Designs

Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 9689 –9693

 

赛业引用文献

 

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