基于适体共定位触发DNA模拟酶组装的乳腺癌HER2二聚体检测新方法建立及应用研究

Aberrant dimerization of human epidermal growth factor receptor 2 (HER2), which plays crucial role in driving the carcinogenesis of the breast cell, is potential and significant biomarker for guiding personalized targeted HER2 therapy of breast cancer. But, its clinical application was limited due to the lack of simple, pragmatic and sensitive analysis system for the detection of HER2 protein dimers. In this project, we plan to explore an in situ signal amplification system based on the catalysis of G-quadruplex DNAzyme for the detection proteins on cell surface. Then, a series of new multipurpose aptamer-DNAzyme molecule probes will be designed to understand the principles of that molecule probes simultaneously bind with the HER2 dimers on cell surface to generate proximity effect and induce their comformational changes and interactions. Original HER2 homo- and heterodimers discrimination strategies will also be proposed based on aptamer proximal-location triggered DNAzyme assembly on cell surface. So, a series of simple, pragmatic, sensitive and multiple methods can be developed for in situ detection of HER2 dimers. Finally, we will further apply the developed methods in clinical samples analysis to verify their practicability and the value of HER2 dimers as new biomarkers for the prognosis of targeted HER2 therapy of breast cancer. This project will present a powerful platform for proteins interaction analysis and a potential tool for accurate molecular subtyping and precision treatment of breast cancer.

细胞表面HER2异常二聚体化是引起乳腺癌等肿瘤发生的关键驱动事件，是预测HER2靶向治疗效果的潜在新型标志物。但是HER2二聚体的临床应用研究却受制于缺乏简单实用、灵敏的细胞表面蛋白质二聚体分析技术。本项目拟首先基于DNA模拟酶催化原位信号扩增，建立高效细胞表面蛋白检测报告系统。再设计一系列新颖的适体-DNA模拟酶复合分子探针；研究探针共同锚定于细胞表面蛋白二聚体，产生邻近效应，并诱导探针构象变化和相互作用的规律；建立基于适体共定位触发DNA模拟酶原位组装的HER2同源/异源二聚体甄别策略。发展多种原创性、简单实用、高灵敏、多通量的乳腺癌HER2二聚体原位检测新方法。进一步探索新方法的临床转化应用，初步评估基于新方法的HER2二聚体检测用于指导乳腺癌个体化靶向治疗的临床应用价值。本项目的实施将为细胞表面蛋白质相互作用研究提供新的有力工具，为乳腺癌的准确分子分型、精准诊疗提供新的技术支持。

本项目实施以来，一直致力于建立适体靶向-DNA模拟酶催化的细胞表面蛋白检测报告系统，以及多种适体共定位触发细胞表面DNA模拟酶原位组装的蛋白二聚体甄别策略，构建了一系列简单实用、高灵敏、多通量的乳腺癌HER2二聚体原位检测新方法。截止目前，已发表SCI论文25篇（通讯作及共同通讯作21篇），其中在影响因子5以上的杂志发表22篇。主要研究内容包括：.（1）细胞表面适体靶向-DNA模拟酶原位催化报告系统建立及优化.设计适体-G4分子探针，催化细胞表面原位酪胺信号放大（TSA）反应，通过荧光显微镜或普通显微镜原位检测细胞表面HER2分子表达情况。.（2）基于适体共定位诱导拆分G4模拟酶组装的HER2二聚体分析方法.设计一对适体-G4分子探针，其中完整G4-DNA模拟酶序列被拆分成两部分，分别标记于两条HER2适体的末端。HER2适体的特异性识别可诱导HER2同源二聚体存在时Hemin/G4 DNA模拟酶的组装，通过催化原位的TSA反应实现对HER2二聚体状态的原位成像。.（3）基于适体共锚定启动树枝状DNA纳米结构自组装的高灵敏HER2异源二聚体检测策略.在前述分析方法基础上，引入无发夹非线性HCR的信号扩增。通过设计适体-锚定点探针实现对低丰度HER2异源二聚体的高灵敏检测。.（4）基于适体共定位驱动G4-DNA模拟酶/辅因子装配的HER2二聚体检测新方法.设计末端共价修饰Hemin分子的DNA探针，利用两条探针共定位产生的邻近效应驱动Hemin分子直接装配到G四联体结构中心，形成完整结构的G4-DNA模拟酶，实现HER2二聚体的免DNA酶组装原位检测，简化实验流程。.（5）基于共定位诱导DNA模拟酶封闭的HER2二聚体多通量同时荧光检测技术.设计银纳米簇标记的DNA探针实现在一张病理组织切片上同时检测HER2同源/异源二聚体，更有助于准确评估患者肿瘤组织HER2表达状态。.（6）基于适体共定位触发DNA模拟酶组装的乳腺癌HER2二聚体检测新方法临床转化应用研究.本研究应用前述方法在一定数量FFPE样本中成功实现HER2二聚状态的原位成像及定量分析，与传统IHC方法具有很好的一致性，在乳腺癌等肿瘤的精确分子分型、精准诊疗中具有巨大的潜力。