寡糖修饰新型荧光纳米金簇的合成及作为探针研究糖-蛋白相互作用

The fluorescence labeling of oligosaccharides which is the major premise on understanding carbohydrate-protein interaction in chemical glycobiology has attracted considerable research interest. Protein-protected noble metal nanoclusters are highly attractive for biolabeling and bioimaging applications because of their nontoxicity, good biomimics and feasibility of formula determination. In this proposal, we modify the structure of natural oligosaccharide, which have specific binding to lectins and conjugate the sugar onto the surface of bovine serum albumin (BSA) protected gold nanoclusters. After fully characterization, SPR, Microarray, are used to investigate the interaction between carbohydrate and glycoprotein on protein level. siRNA and transduction technologies are also used for further understanding carbohydrate-protein interactions on cell level. Finally, the distribution and metabolism of the probe will be investigated on animal level. The achievements of this proposal are expected to not only be applicable to other synthetic fluorescent sugar probe, diagnostic kit and therapeutics but also give some new ideas about the research of glycochemical biology.

寻找性质优良的荧光寡糖探针一直是化学糖生物学研究糖-蛋白相互作用的基础和前提。新近发展的小牛血清蛋白稳定的荧光纳米金簇 （AuNCs@BSA）具有性质稳定、生物相容性好、结构上天然模拟蛋白、可准确确定分子量等优点，正在对现有荧光纳米材料产生重大变革。本课题将寡糖修饰在AuNCs@BSA表面来制备新型荧光寡糖探针（AuNCs@BSA-Sugar），在对其全面表征的基础上，利用可准确确定分子量的优势，使用表面等离子体共振（SPR）和微阵列 （Microarray）技术，在蛋白水平充分探讨糖-蛋白结合的糖簇效应。更进一步的使用小分子干扰RNA和转染技术在细胞层面深入理解糖与细胞表面糖受体蛋白的识别，最后在活体层面讨论不同寡糖末端修饰缀合物在体内的分布与代谢。上述目标的实现将为拓展寡糖荧光探针的应用及对疾病早期诊断和治疗奠定理论基础，也将为化学糖生物学的研究与设计提供新思路。

糖-蛋白相互识别及相互作用是化学糖生物学的研究基础，寡糖新生物学功能的发现迫切需要制备新型寡糖探针。本项目主要发展新型寡糖修饰荧光探针，并以此为基础，在蛋白及细胞水平进行化学糖生物学研究。项目首先以牛血清白蛋白荧光纳米金簇（AuNcs@BSA）缀和物为基础，在其上以方酸二乙酯偶联甘露糖及半乳糖，表面等离子体共振（SPR）、等温量热滴定（ITC）、凝集素荧光聚集、微阵列（Microarray）实验均未观察到相应的寡糖受体结合现象结果。为了探究在牛血清白蛋白（BSA）表面偶联功能化小分子后，对其受体结合活性的影响，本项目进一步以BSA及人血清白蛋白（HSA）为模型，在二者表面修饰唾液酸、氨基苯硼酸、齐墩果酸等小分子，以流感病毒、寡糖配体结合等为模型进行了糖-蛋白相互作用研究。结果表明，小分子修饰蛋白前后，对小分子相应的受体结合特异性未见影响。据此，对荧光探针进行了重新设计，仍然以BSA为骨架，在其表面偶联荧光素（FITC）后，继续偶联甘露糖，随后的凝集素及细胞水平标记实验表明，此缀和物具备作为糖生物学探针研究应用的前景。上述结果也为进一步对AuNcs@BSA的重新设计和改造提供了基础，目前对AuNcs@BSA的进一步改造正在进行中。