基于DNA组装的alpha-突触核蛋白检测及其在神经退行性疾病分析中的应用研究

The treatment of neurodegenerative diseases such as Parkinson's disease and Alzheimer's disease is a challenge of medicine and society. Therefore, the early diagnosis is of great significance to the prevention, early treatment, and pathological study of these diseases. In cell, the aggregation and deposition of alpha-synuclein will lead to the formation of Lewy bodies, and then result in the neurodegeneration. Therefore, alpha-synuclein is regarded as a biomarker of neurodegenerative diseases. DNA, which is a kind of biomolecules encoding the genetic instructions, now has become the building block of nanomaterials and nanostructures due to the easiness to be modified and accurately controlled. In this research, we will develop the analytical methods for the detection of alpha-synuclein. First, we will synthesize DNA-templated metal nanoclusters and use them as the probes of fluorescent and electrochemical detection. Then, we will develop the DNA assembly strategies to amplify the detection signal. We will try to realize the detection of different patterns of alpha-synuclein such as monomers and oligomers at the same time. And the investigation of the oligomer formation induced by small molecules and proteins will also be carried out. Based on the results, we want to provide experimental basis and theoretical explanation on the pathogenic mechanism of neurodegenerative diseases so as to benefit the early diagnosis, prevention and treatment of diseases.

神经退行性疾病如帕金森氏症等的治疗是目前困扰医学和社会的一大难题。因此，对神经退行性疾病的早期分析诊断对疾病的早期预防和治疗、病理研究等有着重要的意义。细胞内alpha-突触核蛋白的过度聚集和沉积会导致Lewy小体的形成，从而引起神经功能退化，因此，alpha-突触核蛋白是神经退行性疾病的重要标志物。DNA，作为重要的一类生物大分子，具有长度和组成可控、易于进行修饰的特点，将DNA用于蛋白质的检测是目前分析检测研究的一个发展趋势。本研究将以alpha-突触核蛋白为分析目标物，以基于DNA为模板合成的金属纳米簇为信号探针，利用DNA的组装技术实现分析信号的放大，发展高灵敏检测alpha-突触核蛋白的方法。然后实现对突触核蛋白不同存在形态如单体、寡聚体的同时分析检测，研究其他小分子或者蛋白对其寡聚体形成的影响，从而为神经退行性疾病的研究提供实验依据。

阿尔茨海默症是神经退行性疾病中重要的一种，该病的重要病理特征之一是细胞外淀粉样蛋白Aβ的沉积。研究表明，可溶性的低聚态Aβ是主要的毒性物质，因此，低聚态Aβ可作为阿尔茨海默症潜在的诊断标志物及治疗靶标物。为了对阿尔茨海默症进行早期的诊断及药物筛选，发展简单及有效的方法实现对低聚态Aβ的检测是至关重要的。. 为此，我们将无标记的分子信标与循环放大策略相结合，发展了基于DNA自组装的无酶循环放大策略用于淀粉样蛋白寡聚体的分析，实现了对Aβ寡聚体的高选择性检测，并用该方法成功监测了Aβ由单体到低聚态再到纤维态的整个聚集过程。. 我们还利用氧化石墨烯和核酸适配体构建了识别Aβ寡聚体的适体传感器。通过荧光淬灭/恢复机制可有效的识别Aβ寡聚体和监测Aβ聚集过程。基于此，研究了抑制剂溶菌酶对Aβ的聚集抑制作用。. 如何抑制或者调控Aβ的聚集过程对于阿尔茨海默症的治疗方法开发具有重要的指导意义。我们结合光动力方法，将光敏剂接到两亲性分子聚合物上，同时包载疏水性小分子药物丹参酮Ӏ，制备的胶束纳米粒子不仅能够降解Aβ聚集体，而且还可以抑制Aβ单体的聚集。我们还设计了功能化金纳米簇，将金纳米簇与Aβ单体共同培育，实验结果证明，功能化金纳米簇在低浓度下可促进Aβ的快速纤维化，使Aβ在较短的时间内形成成熟的无毒的纤维；而在较高的浓度下金纳米簇可以抑制Aβ单体的纤维化。这为发展降低Aβ聚集产生的毒性的方法研究提供了新的思路。