针对微小核糖核酸的纳米荧光探针的构筑及应用

microRNAs (miRNAs) have recently emerged as a novel class of gene regulators, which are not only involved in normal physioloigcal functions of cells but also realted with development of various human diseases including cancers. Charateristic expression profiles of specific miRNAs in tissues and serum of patients make them as promissing diagnostic biomarkers. However, there are still lots of questions such as the secretion of miRNAs from cells and subsequent regualtion in specific tissues need to be further explored. In this proposed project, with the combination of quantum dots, small molecular fluorophores, peptide nucleic acid and bioorthogonal reactions, we aim to establish a novel method for construction of fluorescent nanoprobes to quantitatively detect a group of serum miRNAs from pancreatic cancer patients and labeling miRNAs with fluorescent nanoparticles to trace exogenous miRNAs in vivo. The method will simplify the processes for synthesizing detection probes toward various serum miRNAs only by changing the DNA sequence for targeting. And the in vivo results will elucidate the secrection of miRNAs from cells and function of these miRNAs in targeted tissues.

微小核糖核酸是近年来发现的一类新型的基因调控因子，不仅对细胞正常的生理功能起重要的调控作用，而且与肿瘤等重大疾病的发生发展过程密切相关。在各种病理组织及病人血清中发现的不同的微小核糖核酸的分布及丰度情况表明它们极有希望成为一类新型的疾病标志物，但对于这些微小核糖核酸如何通过细胞分泌和对特定组织的靶向实现对疾病的调控仍有大量未知的信息亟待探索。本项目拟通过量子点、小分子荧光团、肽核酸及生物正交反应的综合应用开展两方面的研究：（1）建立针对微小核糖核酸的复合型纳米荧光探针构筑的新方法，仅通过变换复合探针中的核酸序列实现对胰腺癌患者血清中一组相关miRNA的灵敏及定量检测；（2）将纳米荧光标记用于微小核糖核酸在活体内的成像及示踪，通过外源微小核糖核酸在体内的行为及功能研究，为体内微小核糖核酸通过细胞分泌和靶向实现的功能提供重要信息。

微小核糖核酸作为一种内源性的基因调控分子，近年来一直是化学生物学研究领域中的热点。以微小核糖核酸作为靶标生物分子，在本项目中我们开展了一系列的化学生物学研究，包括微小核糖核酸的输运、调控、成像及细胞内信号通路的探索。通过结合生物正交反应以及各类活性化学分子，我们具体进行了以下研究：（一）设计并构建了几类多功能超分子水凝胶，实现了细胞外miRNA向细胞内的光控、靶向输运以及三维状态下的输运；（二）通过筛选发现了一类广谱抑制剂型化学小分子探针，结合分子生物学及化学生物学的研究手段，发现了小分子探针的作用方式为抑制miRNA与AGO2的结合；（三）建立了基于光点击化学反应的多功能分子探针的构建新方法，为后续针对miRNA的分子探针的构建奠定了基础；（四）建立了基于分子间光点击化学反应的细胞内miRNA靶点鉴定新方法，为揭示细胞内miRNA信号网络提供了新的工具，具有重要的意义；（五）建立了基于分子内光点击化学反应的细胞内miRNA原位示踪新方法，为了解细胞内miRNA作用途径提供了新的可视化工具。这些研究成果为针对miRNA的化学生物学研究提供了新的工具或方法，也将为针对miRNA的疾病治疗提供新的工具或理论基础。基于这些研究成果，本项目总计发表SCI论文七篇，其中在国际一流期刊J. Am. Chem. Soc.、Chem. Soc. Rev.上发表论文两篇，在Chem. Commun.上发表论文三篇。