基于金属纳米簇的高灵敏蛋白激酶纳米生物传感器的构建及应用研究

Protein kinase is a class of catalytic enzyme which controls the protein phosphorylation reactions. The occurrence of many diseases is closely related with abnormal protein kinase activity. Studies have shown that protein kinase is expected to become a new kind of disease biomarker and therapeutic target molecule. This project intends to study and develop a new method to synthetize highly stable and luminous metal nanoclusters by using biological molecules (proteins, peptides, etc.) as templates. Taking advantage of the specific recognition ability of biomolecules, a simple, highly specific and label-free fluorescent probe for protein kinase is designed. With the existence of coordination reagents for phosphate groups, the metal nanocluster-based nanobiosensor for protein kinase could be constructed based on the fluorescence changes of the system before and after the protein kinase catalyzes substrates (proteins or peptides) phosphorylation. We concentrate on developing a simple，rapid，highly sensitive and selective label-free fluorescence analysis method for the detection of protein kinase activity. In addition, we will further study the effect of the change of protein kinase activity on specific diseases diagnosis, and expand the application of the developed protein kinase nanobiosensors in the field of protein kinase inhibitor screening. This research has important theory significance and application value on early diagnosis of diseases associated with protein kinase as well as the development of new drugs with protein kinases as a therapeutic target.

蛋白激酶是一类催化蛋白质磷酸化反应的酶，蛋白激酶的活性异常与多种疾病的发生密切相关，研究表明，蛋白激酶有望成为一种新的生物标志物和疾病治疗靶向分子。本项目拟研究和开发以生物分子（蛋白质、多肽等）为模板制备具有高稳定性、高发光性能金属纳米簇的合成新方法。利用生物分子的特异识别能力，设计简单、高特异性的新型免标记蛋白激酶荧光探针，在磷酸基团识别试剂的存在下，通过蛋白激酶催化底物（蛋白质或多肽）磷酸化前后体系荧光强度的变化，构建基于金属纳米簇的蛋白激酶纳米生物传感器，建立一种能简便、快速、高灵敏和高选择性检测蛋白激酶活性的免标记荧光分析新方法。研究蛋白激酶活性变化对特定疾病的诊断作用，并开发所构建的蛋白激酶纳米生物传感器在蛋白激酶抑制剂筛选中的应用。此研究对蛋白激酶相关疾病的早期诊断以及开发以蛋白激酶为治疗靶点的药物具有重要的理论意义和应用价值。

蛋白激酶是一类催化蛋白质磷酸化反应的酶，蛋白激酶的活性异常与多种疾病的发生密切相关，研究表明蛋白激酶可以成为一种新的生物标志物和疾病治疗靶向分子。本项目中我们建立了以生物分子（蛋白质、DNA、多肽等）为模板，制备具有高荧光量子产率、生物相容性好的生物分子稳定的金、银及铜纳米簇的合成新方法，并研究了生物分子的性质和结构在金属纳米簇合成中的作用。同时我们还通过金、银掺杂等手段，制备出了金/银双金属纳米簇，通过调节金、银比例，进一步调节金属纳米簇的发光特性。在此基础上，我们选择一些具有代表性的蛋白激酶为研究对象，利用所制备的生物分子稳定的金属纳米簇为荧光纳米材料，利用生物分子的特异识别能力，设计出简单、高特异性的新型免标记蛋白激酶荧光探针，并在磷酸基团识别试剂的存在下，通过蛋白激酶催化底物（蛋白质或多肽）磷酸化前后检测体系荧光强度的变化，构建了一系列基于金属纳米簇对不同蛋白激酶具有特异识别能力的光学纳米生物传感器并对其性能进行了研究，建立了能简便、快速、高灵敏和高选择性检测特定蛋白激酶活性的免标记荧光分析新方法，并研究了蛋白激酶活性变化对特定疾病的诊断作用以及早期预警作用。同时我们还利用所构建的蛋白激酶纳米生物传感器研究了常见的蛋白激酶抑制剂（如H-89，槲皮素等）对蛋白激酶活性的抑制作用，并开发了所构建的蛋白激酶纳米生物传感器在蛋白激酶抑制剂筛选中的应用。这些研究工作对于蛋白激酶相关疾病的早期诊断以及开发以蛋白激酶为治疗靶点的药物具有重要的理论意义和应用价值。