菁染料超分子的调控对转铁蛋白构象的特异性识别研究

Transferrin conformation is the structural foundation of its physiological functions. The study on recognization of transferring conformation is very important to understand the physiological functions of transferrin. As a kind of special supermolecule, cyanine dyes aggravation exhibit highly sensitive property to environments, diversity of aggravation states and it can be a tool to realize visualization due to the big difference of photophysical and photochemical properties among various aggravations. Owing to regular molecular orientation and novel physiological function, natural biomacromolecules are considered as excellent template for fabricating and regulating chiral cyanine aggregates. These excellent properties of cyanine dyes open a new way for us to study the special recognization of transferring conformation. In this subject, taking the advantage of cyanine dyes properties, we put forward a new idea for designing and optimization the structure of cyanine dyes aggravation which can specially respond to the change of transferrin conformation, based on the regulation mechanism of the interaction between the transferring with various types and conformations and cyanine dye supermolecules. We hope to develop a visible method for specific recognizing and targeting transferrin, which could be applied to recognize open and closed conformation of transferrin. Consequently, we will apply the method into cancer cell system. The present subject will propose a new idea and exploring for special recognization of transferrin conformation.

转铁蛋白构象是发挥其生理功能的结构基础，转铁蛋白特定构象的识别研究对于探究转铁蛋白的功能具有非常重要的研究价值。菁染料聚集体具有对环境变化高敏感性、聚集状态多样且不同聚集体因光学特性差异较大可以实现可视化、可以以生物大分子为模板进行自组装且该过程受生物大分子结构调控等特点。菁染料超分子的这些优异性能为转铁蛋白构象的特异性识别提供了一个新的契机。本项目拟利用菁染料聚集体这种优良特性，通过研究转铁蛋白的种类和构象对超分子的调控机理来指导菁染料的结构设计和优化，构建具有高特异性响应转铁蛋白构象变化的菁染料聚集体，以期实现对转铁蛋白开放和闭合两种构象的识别。并在癌细胞体系中进行菁染料超分子对转铁蛋白构象的识别和检测研究，可望构建一类靶向转铁蛋白的可视化探针体系，为特定转铁蛋白构象的特异性识别开辟了一个新思路及探索。

转铁蛋白特定构象的识别研究对于探究转铁蛋白的功能具有非常重要的研究价值。本项目充分利用了菁染料超分子具有对环境变化高敏感性、聚集状态多样且不同聚集体因光学特性差异较大可以实现可视化、可以以生物大分子为模板进行自组装且该过程受生物大分子结构调控等优点，建立了一种简单、快速、特异性识别转铁蛋白开放构象的方法：.（1）通过系统研究溶液性质、pH、温度和Fe(III)浓度等条件，成功在类生理条件下构建了一款新型菁染料（MTC）聚集体作为apo-Tf的探针，仅用吸收光谱就可实现对转铁蛋白不同构象的可视化及特异性识别、定量检测、并且检测灵敏度达到 nM级别。菁染料MTC的J-聚集体可对apo-Tf产生特异性响应信号，该信号可同步监测Fe(III)诱导转铁蛋白构象变化过程。通过J-聚集体信号变化测出转铁蛋白构象混合物检测的标准曲线来反映溶液构象比例，其最低检测限为2 %。.（2）考虑到菁染料分子的空间位阻效应和结合能力，在MTC基础上我们又优化了菁染料分子得到ETC，仅通过吸收光谱变化，观察菁染料聚集体的转变，实现了对apo-Tf的特异性识别，检测限为2.8 nM。在一定条件下，apo-Tf诱导菁染料从H-聚集体向J-聚集体转化，伴随颜色由粉色向蓝色转变，可视化检测限为70 nM，而holo-Tf不具备这种能力。.（3）在真实血清体系中仅有30%转铁蛋白处于饱和状态，利用菁染料ETC作为探针，研究在血清体系下，对天然转铁蛋白的识别和构象的检测。以J-聚集体/H-聚集体的吸光度为信号峰，在1-5 μM有良好的线性关系，检测限为0.1 μM。在复杂的血清体系中，菁染料依然具有检测人血清转铁蛋白构象的能力，为进一步实现在癌细胞体系中进行菁染料超分子对转铁蛋白构象的可视化识别和检测研究提供可能，为转铁蛋白构象的特异性识别开辟了一个新思路及探索。