两类靶向亚细胞结构的有机荧光探针的合成及其生物应用

发布时间：2020-06-07 07:47

【摘要】：活细胞的细胞器和内源性蛋白等亚细胞结构的可视化有利于研究其动力学、结构与功能间的关系,对生命科学研究具有重要意义。随着活细胞荧光显微技术的快速发展,活细胞标记技术也在不断发展。目前,常见的活细胞标记技术主要有荧光蛋白、化学标签、有机小分子荧光探针、量子点和纳米颗粒等。其中,荧光蛋白较大的尺寸会影响目的蛋白的生理功能并且出现过表达等问题,从而不利于活细胞亚细胞结构的可视化研究。量子点和纳米颗粒由于细胞毒性未能解决,不是活细胞标记的最佳选择。化学标签技术,如SNAP-tag/CLIP-tag技术,其底物可以与不同的有机荧光染料共价结合;而有机小分子荧光探针也可以通过识别基团,如三苯基膦、多西他赛等,与不同的有机荧光染料共价结合,两者都可以设计合成出一系列适用于活细胞标记的有机荧光探针。然而,大多数商业有机荧光染料由于不透膜,而无法直接进入活细胞,使得在活细胞标记上应用受到限制。基于以上问题,本文合成了一种透膜有机荧光染料和两种不透膜有机荧光染料以及四种识别基团,通过将荧光染料与识别基团共价结合,最后得到了可以标记微管、微丝、内质网、细胞核的有机荧光探针;另外,利用商业有机荧光染料,合成了分别标记线粒体和溶酶体的有机荧光探针,并且利用这些探针进行活细胞标记研究。主要研究内容如下:(1)利用简单的起始物合成了透膜有机荧光染料四甲基硅基罗丹明SiR,为了实现多通道成像,合成了两种不透膜有机荧光染料TMR和5(6)-羧基Rho110。(2)利用简单的起始物合成了SNAP-tag的识别基团BG及其衍生物CBG、SNAP-BHQ2和CLIP-tag的识别基团BC,设计合成了一种靶向微管的识别基团Docetaxel-C_6-NH_2,降低了微管探针设计合成难度,可以与商业有机荧光染料简单连接,构成一系列微管探针。(3)利用上述的有机荧光染料和识别基团,首先合成了有机荧光探针Tubulin-SiR,首次实现了对临床中人源血小板活细胞的微管特异性标记;然后合成了有机荧光探针SNAP-SiR,分别实现了对内质网、细胞核、微丝的特异性标记;之后合成了有机荧光探针CLIP-SiR,实现了对内质网的特异性标记;最后设计合成了一种新型改善荧光背景的有机荧光探针SNAP-Q-Rho110,用于活细胞成像测试。另外,基于商业有机荧光染料,设计合成了靶向标记线粒体和溶酶体的有机荧光探针3P-FITC、3P-Cy3B和Morph-FITC,并将三种有机荧光探针应用于活细胞标记,其中Morph-FITC与商业溶酶体探针LysoTracker Red共定位实验,展示了Morph-FITC对溶酶体优异的特异性。
【图文】：

图 1-1 SNAP-tag 的标记原理，摘自文献[16]。Figure1-1 The labeling principle of SNAP-tag[16].着超分辨率显微成像技术的显著发展，在亚细胞水平观SNAP-tag 可以与活细胞中目的蛋白进行融合表达，其合，形成一系列有机荧光探针，实现对活细胞亚细胞结Klein T 等[4]构建 SNAP-H2B 蛋白，使其能在 COS7 活细P-TMR 有机荧光探针对 SNAP-H2B 蛋白进行标记， H2B 蛋白的 dSTORM 超分辨率荧光显微成像，，也预示荧光蛋白和荧光染料相结合，实现活细胞的超分辨率双]证明了SNAP-tag技术可以应用于活细胞单分子多色成纳米药物的底物与 SNAP-tag 蛋白靶向识别，使精准治疗dayachee E R 等[21]将具有靶向性的药物与 SNAP-tag 技 CSPG4 的皮肤肿瘤细胞上的诊断和治疗，展现了 SNA

可以通过对其底物连接的荧光分子进行筛选、改造，得到特异性较高有机荧光探针，广泛应用于对活细胞亚细胞结构的可视化研究。alo-tag95 年，Pries F 等[36]发现了黄原杆菌(DhlA)的脱卤酶可以使组氨酸发生二溴乙烷形成稳定的共价结构。2008 年，Los G V 等[37]基于这个现有的现了一种新颖的蛋白特异性标签方法，通过对紫红红球菌的脱logenase, DhaA）进行突变，将组氨酸改变成苯丙氨酸，使脱卤生成的存在，得到一种可以与卤代烷烃进行特异性共价结合的蛋白标签，Hg 分子量为 33KDa，由 293 个氨基酸组成。如图 1-3 所示，Halo-tag 标先在色氨酸和天冬氨酸的催化条件下，脱卤素酶活性位点的羧酸会与化反应，脱出卤素 Cl，由于已经将脱卤素酶中具有催化水解作用的组化作用的苯丙氨酸，所以不会进一步反应生成醇，而是以酯基形式，价结构[38,39]。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q2-33

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本文编号：2701099