生物体系外表达离子通道型细胞信号转导机能的超分子研究

本项目以离子通道型细胞信号转导机制为理论基础和启发源头，融合有机化学、超分子化学和化学生物学等各领域的知识，采用自组织的手法，在生物体系外建立能表达生物体离子通道型细胞信号转导功能的人工超分子体系。研究内容的概要为：（1）选择生物体系三磷酸肌醇诱导的离子通道型信号转导机制为模型，实验筛选与生物体系相对应的人工系的各构成成分，进行人工系统的设计。在水溶液中构成表达离子通道型细胞信号转导功能的跨膜多肽超分子体系。（2）研究探索利用定频率的光信号控制交联剂分子的空间构象，进而可改变与交联分子连接的跨膜多肽受体的二级空间结构，实现人工离子通道开张闭合的调控。课题组已完成和即将完成的基金项目是，生物体系外G蛋白偶联型和酪氨酸激酶型信号转导的多元超分子研究，本项目是该领域的延续，要成功实现跨膜离子通道型细胞信号转导的化学仿生模拟。是离子通道型跨膜信号转导的新探索，对于化学生物学研究具有相当重要的意义。

离子通道型跨膜细胞信号转导过程涉及到膜中类脂和跨膜通道蛋白两方面，利用化学生物学技术与方法分别研究了膜中类脂组成特点与细胞膜的离子透过性之间的相互关系、蛋白质在细胞膜中镶嵌特点与组成细胞膜类脂的关系，利用多种类脂进行多元超分子体系的组装，探索了膜上蛋白质组装的机制，建立了镶嵌离子通道的多元超分子体系。（1）基于生物磷脂的结构特点，以氨基酸为连接骨架进行肽脂的设计与合成，分别合成疏水尾部差异、连接氨基酸差异、极性头部差异的肽脂32种，为研究细胞膜组成类脂与离子通道活性形成机制研究提供材料。（2）分别以天然磷脂与合成肽脂为材料，研究跨膜蛋白在人工细胞膜上的组装机制，优化了蛋白质在人工细胞膜上组装的去污剂介导方法，确定跨膜蛋白在人工细胞膜上的组装特点。（3）利用离子荧光探针检测类脂的疏水基团、连接骨架、极性头部等因素对人工细胞膜离子透过性的影响，疏水基团中有双键对离子透过性影响最大，增加极性头部电荷可以减小离子透过。（4）设计合成了带有偶氮苯光响应元件的信号受体，并基于多元超分子体系完成光信号与化学信号的振荡转化系统，揭示了信号转导过程的化学机制。（5）表达信号转导机能的多元超分子体系可以用作药物输送载体，能够将标记基因有效导入培养细胞并表达。由于生物体系中的细胞膜是多种磷脂、糖脂与各种蛋白质的复合体系，无法详细研究膜脂组成与跨膜信号转导机制的相关性，本项目以多元超分子体系为基础，简化了信号转导系统的复杂性，初步探索了离子通道型跨膜信号转导过程的化学机制。