高选择性细胞表面蛋白质相邻巯基荧光探针的设计、合成与原位荧光成像研究

Protein vicinal dithiols are closely spaced sulfhydryl groups that exist in native proteins. Vicinal dithiols are the most reactive moiety and found in regulation of cellular signal transduction through the reversible dithiol/disulfide conversions during the redox stimulation. They correlated with many important diseases such as cadiovascular diseases,cancer,diabetes and neurodegenerative diseases. Recent study suggested that cell-surface vicinal- dithiol-containing proteins (csVDPs) have participated in regulation of human immunodeficiency virus (HIV) invasion and various imflammation. However, there is a limitation in this field due to no versatile, specific and rapid tools, especially no small-molecule fluorescent probes developed for in situ image of proten vicinal dihtiols. This project will design highly selective fluorescent probes for specific trapping csVDPs based on our previous work. And focus on the development of the in situ fluorescence imaging techniques for dynamic tracing of vicinal dithiols on csVDPs in living cells. The results of this project will afford a novel fluorescent technology that can be applicable to further studying the significant roles of cell-surface protein vicinal dithiols in redox signal transduction, and searching for new drug targets and earlier diagnosis of related disease.

蛋白质相邻巯基是指在空间上邻近的一对或多对蛋白质巯基。是蛋白质上最具有反应活性的基团，它们在氧化还原应激中通过与二硫键的可逆转换，广泛参与了细胞内的信号转导，与心血管、肿瘤、糖尿病、神经退化等许多重要疾病密切相关。最新研究表明细胞表面（细胞外膜）的相邻巯基蛋白直接参与了艾滋病毒(HIV)入侵正常细胞和各类炎症的调控。然而长期以来，蛋白质相邻巯基的直接、专一和快速检测手段缺乏，尤其是用于原位成像的小分子荧光探针几乎没有，限制了该领域的发展。本项目在原先研究基础上，进一步优化设计与合成用于选择性检测细胞表面蛋白质相邻巯基的小分子荧光标记探针，集中于建立活细胞表面相邻巯基蛋白原位荧光成像技术，实现活细胞表面蛋白质相邻巯基的可视化、动态跟踪。本项目的完成将为揭示细胞表面蛋白质相邻巯基在氧化还原信号转导过程中所起的作用提供新的荧光成像技术，为发现与筛选新的药物靶标和相关疾病早期诊提供新的工具与思路。

蛋白质氧化还原修饰是一类生物进化上高度保守的蛋白质翻译后修饰。它与蛋白质磷酸化修饰被证实是蛋白质侧链氨基酸可逆修饰的两种主要机制。蛋白质的氧化还原修饰主要是通过改变目标蛋白侧链半胱氨酸上巯基的氧化还原状态实现的。其中，蛋白质相邻巯基是细胞内蛋白质巯基参与蛋白质翻译后氧化还原修饰最具有反应活性的基团。相邻巯基是指在空间上邻近的一对或多对蛋白质巯基，占蛋白质总巯基含量的5%左右。它们通过与二硫键的可逆转换，细胞内蛋白质上的相邻巯基直接参与了一系列ROS 引起的氧化还原信号转导调控，同各种疾病密切相关。最新研究表明细胞表面（细胞外膜）的相邻巯基蛋白直接参与了艾滋病毒(HIV)入侵正常细胞和各类炎症的调控。然而，长期以来蛋白质翻译后巯基修饰尤其是蛋白质相邻巯基的动态检测缺乏直接、专一和快速检测手段，尤其是用于原位成像的小分子荧光探针几乎没有，限制了该领域的发展。. 本项目的研究价值和意义在于设计合成高选择性的小分子标记型荧光探针用于特异性检测活细胞（尤其是活细胞表面）含相邻巯基蛋白及其原位荧光成像研究。具体的是我们建立活细胞表面相邻巯基蛋白原位荧光成像技术，实现活细胞表面蛋白质相邻巯基的可视化、动态跟踪。我们设计合成了基于FRET原理的小分子荧光探针解决了活细胞内蛋白质相邻巯基的定量检测。本项目的完成将为揭示细胞(尤其是细胞表面)蛋白质相邻巯基在氧化还原信号转导过程中所起的作用提供新的荧光成像技术，为发现与筛选新的药物靶标和相关疾病早期诊提供新的工具与思路。同时，在该项目的资助下，我们开展了一系列小分子荧光探针的设计与合成用于生物体系中的检测，研究结果表明这些合成的小分子探针通过可视化荧光信号极大地促进生物体系内信号转导过程和分子事件的研究。