基于多功能多肽的蛋白激酶活性动态传感与应用

The real time and highly sensitive analysis strategies towards the protein kinase activity (PKA) is of high importance for the researches of the cancer formation/development and anti-cancer drug development. This project is supposed to aim at the tumor-relative protein kinases as the main targets, design, develop, and charaterize multi-functional polypeptide substrates with optical, electronic, and electrochemical properties, introduce novel nanomaterials/conjugated polymers/polyelectrolytes with unique chemical/physical properties, combine the design skills of phosphorylation-induced peptides, explore the real time viaration regularity of the properties of multi-functional polypeptides and interactions between polypeptides and nanomaterials/conjugated polymers/polyelectrolytes during the phosphorylation process, accordingly elaborate novel real time, highly sensitive biosensing protocols of the PKA, realize the estimation of the PKA in live cell and the capture of the abnormal signal readout in tumor cell, apply to the screening of the protein kinase inhibitors, finally devote new and useful informations to the cancer diagnose/therapy research and the anto-cancer drugs developments. This project will mainly include: (1) developping novel multi-functional polypeptide substrate with signal readout units; (2) elaborating novel multi-functional polypeptide-based biosensors to estimate the PKA; (3) investigating the inhibiting efficiency of some small molecule drugs on the PKA, screening active protein kinase inhibitors; and (4) realizing the estimation of PKA and PKA inhibitors developments in tumor cells based on the proposed protocols.

蛋白激酶活性的实时高敏分析方法对癌症成因/进程及抗癌药物开发研究具有重要意义。本项目拟将恶性肿瘤相关蛋白激酶作为主要研究对象，设计、开发和表征具有光学、电化学或电学性质的多功能多肽底物，借助纳米/聚合物/聚电解质材料的优异性质，结合磷酸化状态诱导多肽的设计技巧，研究多肽底物磷酸化过程中自身性质变化及与多种纳米材料/聚合物/聚电解质间相互作用改变导致的光学、电化学或电学信号实时变化规律，籍此开发蛋白激酶活性的实时高敏生物传感方法，实现活细胞内蛋白激酶活性的评估及癌变细胞的异常信号捕获，并用于筛选蛋白激酶抑制剂，为癌症诊疗和抗癌药物的开发提供新方法和新知识。包括：（1）设计与合成具有信号输出单元的新型底物多肽；（2）设计新型多肽功能生物传感器用于研究蛋白激酶活性；（3）评估一些药物小分子对蛋白激酶活性的抑制能力，筛选蛋白激酶抑制剂；（4）基于新法开展癌细胞体系的蛋白激酶活性检测以及抑制剂研究。

开发实时高灵敏的蛋白激酶活性分析方法，对癌症成因、进程及抗癌药物开发研究具有重要意义。本项目以恶性肿瘤相关蛋白激酶作为主要研究对象，设计、开发和表征具有荧学性质的多功能多肽底物，借助石墨烯等纳米材料的优异性质，结合磷酸化状态诱导多肽性质变化的设计技巧，研究多肽底物磷酸化过程中自身性质变化及与多种纳米材料/聚合物/聚电解质间相互作用改变导致的光学信号实时变化规律，籍此开发蛋白激酶活性的实时高敏生物传感方法，实现活细胞内蛋白激酶活性的评估及癌变细胞的异常信号捕获，并用于筛选蛋白激酶抑制剂，为癌症诊疗和抗癌药物的开发提供新方法和新知识。主要研究内容包括：（1）设计与合成具有信号输出单元的新型底物多肽；（2）设计新型多肽功能生物传感器用于研究蛋白激酶活性；（3）评估一些药物小分子对蛋白激酶活性的抑制能力，筛选蛋白激酶抑制剂；（4）基于新法开展癌细胞体系的蛋白激酶活性检测以及抑制剂研究。. 在项目资助下，本课题开展了具有信号输出单元的新型多功能底物多肽的设计和委托合成工作，共计完成一种荧光型蛋白激酶多肽底物的设计以及一种荧光型蛋白激酶特异性适配体多肽的设计。设计了两种基于上述多功能多肽和石墨烯纳米材料相互作用的蛋白激酶活性生物传感器，其中引入多肽水解酶降解作用及抑制剂多肽的特异性识别作用，开发了蛋白激酶活性的荧光生物传感方法，探讨了降解酶对磷酸化多肽降解差异以及石墨烯/多肽复合物之间的荧光响应规律，发展了基于石墨烯/多肽复合物的多种蛋白激酶同时检测的技术，同时评估了常用小分子抑制剂对蛋白激酶活性的抑制能力，并在在癌细胞中研究了激活态蛋白激酶的活性和抑制分析。在项目资助下，项目组总计发表SCI论文Analytical Chemistry（IF 5.635，TOP，一区）1篇，发表SCI论文Chemistry-an Asian Journal（IF 4.587，TOP，二区）1篇。辅助培养研究生5名，其中毕业2名。在论文成果和研究生培养方面均符合预期计划。.