福州大学在细胞膜蛋白功能成像及活性调控方面取得系列进展

来源：X一MOL资讯

细胞膜蛋白在维持和调节细胞各项生理功能中均起着至关重要的作用，尤其是在受体识别和信号传导方面。细胞膜受体蛋白是最主要和最重要的药物作用靶点，目前80%的商品化药物的作用靶点为膜蛋白。福州大学杨黄浩教授和李娟教授课题组利用核酸适体与DNA自组装技术，实现了细胞膜蛋白二聚化过程和糖基化修饰的动态成像分析，并进一步发展双特异性核酸适体探针，自发诱导形成人工蛋白配对，实现高选择性、高效抑制受体蛋白的活性及下游信号通路和细胞行为，为设计新型受体蛋白抑制剂和人工调控细胞功能提供了新思路。

受体蛋白二聚化过程常被认为是细胞内信号转导的第一步，对于正常的生物信号传导以及癌症发生、发展都起着是至关重要的作用。针对传统方法依赖复杂费时的基因工程技术，无法进行临床实际样品测定等瓶颈问题，该课题组报道了一种非基因工程新策略，结合核酸适体特异识别与邻近引发DNA自组装技术，实现对活细胞膜表面受体由无生物活性c-Met受体单体向有生物活性二聚体转化过程的实时示踪成像（图1）。该策略简便、快速并能无损的保留受体蛋白活性，无需复杂费时的基因工程修饰受体蛋白；通过简单的更换核酸适体即可适用于其它蛋白的研究（如：转化生长因子-β二型受体type II TGF-β receptor），具有良好的通用性；适用于不同的生物样本，如活细胞、组织等，有望用于实际临床样品的分析。因此，所构建的实时成像新策略在深入研究蛋白二聚化过程以其相应的信号转导通路等方向具有良好的应用前景，相关研究成果发表在《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 4186-4190）。

图1：通过核酸适体识别以及邻近引发DNA自组装策略，用于活细胞膜蛋白二聚化成像的示意图。

蛋白糖基化是一类广泛存在于绝大多数真核细胞中的复杂的蛋白质翻译后修饰，能精细调节蛋白质功能，参与了许多重要的生理过程。实现活细胞特定蛋白糖基化的可视化分析，对在细胞生理环境下阐明蛋白糖基化功能具有重要意义。针对特定蛋白糖基化含量低，蛋白分子间的糖基干扰大等难题，课题组设计了一种核酸构象变化诱导邻近链置换（HCR）新策略用于活细胞表面特定蛋白糖基化放大成像（图2）。该方法通过设计糖基标记核酸探针和蛋白识别探针，在特定靶标蛋白的触发下，诱导蛋白识别探针发生构象变化，而后与糖基标记核酸探针发生杂交组装，释放DNA trigger引发HCR放大反应。基于DNA的精准距离控制优势和HCR的信号放大，实现了活细胞表面PTK7以及EpCAM蛋白分子内糖基化检测，并能灵敏地检测药物作用下蛋白糖基化水平的变化。该方法适用于不同的生物样本，如活细胞、斑马鱼等，有望用于实际临床样品的分析，为深入研究特定蛋白糖基化在相关疾病发生发展中作用提供了新思路，相关研究成果发表在《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 16589-16595）。该HCR信号放大策略，也可用于具有生物活性的受体蛋白二聚体含量变化的活细胞成像分析（Anal. Chem., 2018, 90, 14433-14438）。

图2：核酸构象变化诱导邻近链置换（HCR）策略用于活细胞表面特定蛋白糖基化放大成像原理图

近期，为实现高效的膜蛋白活性调控，课题组首次发展了“双特异性核酸适体诱导人工蛋白配对（Bispecific Aptamer Induced Artificial Protein-Pairing，BAAP）”新策略，实现高选择性、高效抑制受体蛋白的活性及下游信号通路和细胞行为（图3）。设计一种双特异性核酸适体探针，同时靶向识别细胞膜表面两种不同受体蛋白：靶标蛋白（c-Met受体）和配对蛋白（转铁蛋白受体，TfR）。以Aptamer为“机械抓手”可牢牢抓住两种受体蛋白，以DNA linker为“伸缩手臂”，可精准调控受体蛋白之间的距离，自发诱导活细胞膜蛋白形成人工蛋白配对。更重要的是配对蛋白的设计，它不仅作为“Cancer Biomarker”提高策略的选择性，还作为“Blocking Assistant”通过空间位阻效应和协同效应，提高受体活性的抑制效果。该BAAP策略设计简单，通用性强，可以通过更换核酸适体使其适用于不同类型的蛋白功能调控，为设计新型受体蛋白抑制剂和人工调控细胞功能提供了新思路，相关研究成果发表于《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc.）。

图3：双特异性核酸适体探针诱导人工蛋白配对调控细胞信号通路的示意图。