荧光核酸适体探针的设计及其在血管生成素分析中的应用

论文摘要

核酸适体是一类经体外人工进化程序筛选出的寡聚核苷酸。它能高效、特异地结合蛋白质等多种目标物质,且具有易合成、易功能化修饰、稳定性好等优点,在生物医学的基础研究和临床诊断与治疗等方面显示出巨大的应用前景。本文选择了与肿瘤发生、发展密切相关的人血管生成素为目标蛋白,基于核酸适体和荧光分析方法,以荧光核酸适体探针的设计及其在血管生成素分析中的应用为主线,开展了以下几方面工作:（1）设计合成核酸适体/核酸分子“光开关”复合物探针,发展了基于核酸适体和核酸分子“光开关”[Ru（bipy）2（dppz）]2+的血管生成素检测方法。血管生成素与核酸适体的结合引起核酸适体/核酸分子“光开关”复合物探针的荧光信号显著下降,从而实现血管生成素的检测,在2.520 nmol/L的浓度范围内有良好的线性关系,检测下限为1.5 nmol/L。该方法中探针设计简便,不需要直接对蛋白质及核酸适体进行荧光标记。（2）设计合成单荧光标记的核酸适体探针,发展了基于荧光各向异性技术的血管生成素检测方法。血管生成素与核酸适体的结合引起核酸适体探针的荧光各向异性信号显著增强,从而实现血管生成素的特异性检测,在255 nmol/L的浓度范围内有良好的线性关系,检测下限为1 nmol/L。利用该方法实现了肺癌病人血清中血管生成素的检测。（3）设计合成双荧光标记的核酸适体探针,发展了基于荧光共振能量转移的血管生成素检测方法。血管生成素与核酸适体的结合引起核酸适体的空间结构发生变化,使得核酸适体探针的荧光共振能量转移效率增加,从而实现血管生成素的高灵敏检测,在0.540 nmol/L的浓度范围内有良好的线性关系,检测下限为0.2 nmol/L。利用该方法实现了健康人和肺癌病人血清中血管生成素的检测。（4）设计合成两端芘标记的核酸适体探针,发展了基于激发态二聚体的血管生成素检测方法。血管生成素与核酸适体的结合引起核酸适体空间结构的变化,导致两端芘分子的靠拢而形成激发态二聚体,使得荧光信号发生显著变化,从而实现血管生成素的高特异、高灵敏检测,在0.230 nmol/L的浓度范围内有良好的线性关系,检测下限为0.1 nmol/L。（5）将核酸适体探针的应用从蛋白质的简便、快速、高特异、高灵敏的检测拓展到活细胞水平上的蛋白质实时分析。利用单荧光标记的核酸适体探针,结合激光共聚焦成像技术,对血管生成素的内化过程进行实时成像研究,发展了一种在活细胞水平上进行蛋白质分析的新方法。血管生成素-核酸适体复合物与细胞共培育,能选择性地结合到脐带静脉内皮细胞和乳腺癌细胞上;核染实验和Z-轴扫描结果证实,复合物能进入靶细胞,到达细胞核;实时成像结果证实,复合物能快速结合到靶细胞上并进入细胞;不同温度培养实验证实,复合物进入细胞是受培养温度影响的,提示为内吞作用方式。该方法采用核酸适体作为细胞水平上蛋白质识别和标记的工具,无需事先标记目标蛋白,无需对目标细胞预先进行基因操作,更不必将目标细胞进行固定,可实时反映细胞-蛋白相互作用的真实状况,有望用于跟踪和定位细胞代谢过程中分泌的细胞因子、生长因子、多肽、酶等重要生物分子。以上研究工作表明,基于荧光核酸适体探针的血管生成素分析方法无需使用抗体,操作简便,成本较低,均具有快速、灵敏、选择性高的特点,有望在血管生成素的相关基础研究和临床检验中得到应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 本文所用英文缩写词表
• 第1章 绪论
• 1.1 核酸适体的由来
• 1.2 核酸适体的分子识别基础
• 1.3 核酸适体的获取——SELEX 技术
• 1.3.1 SELEX 技术的基本原理
• 1.3.2 SELEX 技术的发展
• 1.4 核酸适体的特点
• 1.4.1 易于筛选合成
• 1.4.2 识别范围广
• 1.4.3 特异性好、亲和力强
• 1.4.4 易于修饰
• 1.5 核酸适体的信号转换
• 1.5.1 基于荧光的信号转换
• 1.5.2 基于表面等离子共振的信号转换
• 1.5.3 基于颜色变化的信号转换
• 1.5.4 基于电化学的信号转换
• 1.5.5 基于声波的信号转换
• 1.5.6 基于力测定的信号转换
• 1.5.7 基于放射性同位素的信号转换
• 1.6 本文拟开展的研究工作
• 第2章 核酸适体/核酸分子“光开关”复合物探针用于血管生成素的检测
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂和仪器
• 2.2.2 实验方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 复合物探针的设计和识别能力考察
• 2.3.2 复合物探针的信号转换
• 2.3.3 检测条件的优化
• 2.3.4 血管生成素的定量检测
• 2.3.5 方法特异性的考察
• 2.4 小结
• 第3章 基于荧光各向异性技术的核酸适体探针用于血管生成素的检测
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂和仪器
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 检测原理
• 3.3.2 血管生成素的实时监测
• 3.3.3 离子浓度的考察
• 3.3.4 血管生成素的检测
• 3.3.5 方法特异性的考察
• 3.3.6 血清样品中血管生成素的检测
• 3.4 小结
• 第4章 基于荧光共振能量转移的核酸适体探针用于血管生成素的检测
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂和仪器
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 基于 FRET 的核酸适体探针的设计
• 4.3.2 FRET 探针的性能考察
• 4.3.3 离子浓度的考察
• 4.3.4 血管生成素的检测
• 4.3.5 方法特异性的考察
• 4.3.6 血清样品中血管生成素的检测
• 4.4 小结
• 第5章 激发态二聚体核酸适体探针用于血管生成素的检测
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 仪器和试剂
• 5.2.2 实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 检测原理
• 5.3.2 激发态二聚体探针的性能考察
• 5.3.3 离子浓度的考察
• 5.3.4 血管生成素的检测
• 5.3.5 方法特异性的考察
• 5.4 小结
• 第6章 核酸适体探针用于血管生成素内化的实时成像研究
• 6.1 前言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 仪器和试剂
• 6.2.2 实验方法
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 实验原理
• 6.3.2 血管生成素-核酸适体复合物与细胞特异结合的考察
• 6.3.3 血管生成素-核酸适体复合物在细胞内分布的考察
• 6.3.4 血管生成素-核酸适体复合物内化的实时成像
• 6.3.5 培养温度对血管生成素-核酸适体复合物内化的影响
• 6.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 致谢