胶原蛋白的靶向检测与仿生材料

发布时间：2020-03-25 18:05

【摘要】：胶原蛋白是人体含量最高的蛋白质,它在调控细胞的分化、粘附和迁移,组织再生以及新细胞形成等基本生命活动中扮演关键角色,同时,它的病变与成骨不全症、关节炎、血栓症和癌症等多种疾病息息相关。因此,建立胶原蛋白的高效检测方法,对相关疾病的诊断和治疗具有重要意义。胶原蛋白作为天然的生物资源,具有合成材料无可比拟的生物活性、生物相容性、生物可降解性和低免疫原性等优点,因此在组织工程和药物输送等领域广为应用。天然胶原蛋白存在纯化成本高、分子量难以控制以及病毒污染隐患等严重缺陷,因此,亟需建立仿生天然胶原蛋白的新策略。本论文旨在开发胶原蛋白的高效检测方法,并构建仿生胶原蛋白结构与功能的新型多肽材料,主要内容如下:1)WS_2/MoS_2二维材料结合DNA探针分子的传感器已广泛应用于生物样品的检测,开发WS_2/MoS_2二维材料结合其它生物分子探针的新型传感器在生物医学领域有巨大潜力。我们利用特殊设计的多肽荧光探针,构建了WS_2/MoS_2结合多肽探针的生物传感器,成功用于胶原蛋白片段的高灵敏检测。这个平台为构建WS_2/MoS_2联合其它生物分子探针的生物传感器提供了新的思路。2)胶原蛋白包含大量带电荷的氨基酸,因此,检测带电荷的胶原蛋白片段对胶原相关疾病的解析具有重要意义。我们利用TPE修饰的多肽三聚体探针和氧化石墨烯平台,实现对带电荷胶原多肽的高效检测。这个方法可用于指导构建新型的聚集诱导发光生物传感器,通过整合聚集诱导发光染料修饰的多肽探针和氧化石墨烯,实现对重要蛋白标记物的高特异性检测。3)胶原蛋白的单氨基酸突变导致成骨不全症等一系列的严重疾病,然而,蛋白质的单一氨基酸突变目前仍然缺乏有效的检测方法。我们设计了两种不同类型的多肽荧光探针,可以在nM水平精准的测定不同类型的甘氨酸突变。我们的方法首次实现了对胶原片段单一氨基酸突变的检测,对成骨不全症的致病机理研究和检测方法开发具有重要意义。4)Ⅰ型胶原蛋白的异源肽链组成和纳米纤维组装结构对其生理功能至关重要,然而目前仅成功利用同源三聚体胶原多肽来制备胶原蛋白仿生材料。我们成功构建了异源三聚体胶原多肽,可以在镧系离子的介导下,自组装形成发光的纳米纤维。我们设计的自组装异源三聚体胶原多肽,可以更好的仿生天然胶原蛋白的肽链组成,为研究胶原蛋白的相互作用以及致病机制,提供了新的机遇。5)目前胶原多肽仿生材料的研究主要集中于模拟天然胶原蛋白的纤维形貌,功能方面的仿生研究非常缺乏。我们在特殊设计的胶原多肽序列中加入功能序列GFOGER,不仅可以形成天然胶原的纤维结构,而且具有良好的细胞粘附性能。我们构建的胶原多肽-镧系离子体系,为制备同时具有良好形貌和生物学功能的胶原多肽仿生材料提供了一个高效的策略,在组织工程和药物传输领域有广泛的应用前景。6)胶原蛋白的突变导致成骨不全症的病理机制非常复杂,包括单体的结构和稳定性、组装体的形貌和功能等。我们构建了一个自组装胶原多肽体系,可以同时解析胶原蛋白突变对热稳定性、二级结构、组装和功能的影响。我们发现,甘氨酸突变破坏了胶原多肽的三重螺旋结构,导致其错误组装以及活性丧失。该体系为多层面研究成骨不全症的分子机制提供了新的平台。
【图文】：

酸不同的化学结构，它们的侧链与主链氮原子共价结合基酸的侧链取代了自身氨基上的一个氢原子形成环状结 N 原子之间的键不能自由旋转，因此，，它们的存在会促形成。研究发现，富含脯氨酸和羟脯氨酸的胶原多肽序结构[17-18]。白的三重螺旋结构不能形成 α 螺旋或 β 折叠结构，目前已发现的 28 种胶素，即三重螺旋结构。它是由三条具有 Polyproline II 螺相互缠绕成绳状而形成的右手超螺旋结构。三条肽链的也可以两条相同而另一条不同，或者三条完全不同，这三条肽链的相对位置存在差异，每条肽链之间交错一个可以分为先导链、中间链和滞后链。胶原蛋白的三重螺基酸残基，螺距为 2.86 nm；而对于单独的 α 链而言， 3.33 个氨基酸残基，如图 1-1 所示[20]。

究生学位论文 胶原蛋白的靶向微纤维。随后，微纤维相邻锥形端之间的横向联系促进微纤丝本身与其他细胞外生物分子的相互作用介导了微步聚集成束，最后形成结缔组织。结缔组织的稳定性和(包括糖蛋白、蛋白聚糖等)得到增强，并通过胶原交联进自组装过程产生了多层胶原纤维结构，最终产生肌腱组到骨骼的强大能力。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O657.3;TP212.3;R446.1


本文编号：2600234