酶切响应型荧光探针的构建及其用于DNA甲基转移酶和β-分泌酶1检测

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基于生物探针的检测方法以其特异性好、精度高、响应快等特点在人类疾病研究中发挥着重要作用。其中荧光探针因具有良好的水溶性、热稳定性、易合成和修饰等优点受到越来越多的关注,基于荧光探针的传感器由于其高灵敏度和良好的选择性,已被开发用于医疗诊断、生化分析、食品安全和环境监测等领域。生化分析领域中,生物标志物的检测是了解和治疗各种疾病的有力工具,在流行病学调查分析、疾病筛查、临床诊断和预后等方面都具有重要价值。因此,我们以DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase,MTase)和β位淀粉样前体蛋白裂解酶1(BACE-1,β-分泌酶1)为模型,开发了两种基于酶切响应荧光探针的检测方法。主要研究内容如下:(1)发展了一种基于CRISPR/Cas12a切割双标记核酸荧光探针的信号放大方法,用于检测DNA甲基转移酶。我们设计了一个双标记核酸荧光探针,该探针可被双链DNA(ds DNA)和g RNA触发的CRISPR/Cas12a非特异性消化。当甲基转移酶存在时,ds DNA底物被甲基化,不能被Bss HII核酸内切酶切割。随后,ds DNA底物与g RNA结合激活Cas12a,裂解荧光探针,恢复Cy5荧光,该荧光信号可通过单分子成像准确定量。双标记荧光探针5 nt的长度保证了其高猝灭效率和低背景信号;CRISPR/Cas12a效应器不仅可以将生物识别转换为可检测的荧光信号,还可以轻松实现输出信号的放大。该方法具有很好的灵敏度(检测限为4.61×10-4 U/m L)和特异性,可进一步应用于抑制剂筛选、酶动力学分析和人血清中DNA MTase活性测定,在临床诊断、药物开发和药物评价等方面具有广阔的应用前景。(2)开发了一种基于金纳米颗粒(Au NP)的荧光探针,用于BACE-1的体外检测和体内成像。我们设计了两种荧光探针,包括Cy5修饰的肽探针和黑洞猝灭剂2(BHQ2)标记的DNA探针。肽探针和DNA探针通过稳定的Au-S自组装在Au NP表面,获得超猝灭Au NP纳米探针,当靶标缺失时背景荧光接近于零,靶标BACE-1存在时催化肽探针裂解并释放大量荧光基团,产生明显的荧光信号,该荧光信号通过单分子计数进行量化。该方法无需任何抗体和分离步骤,即可一步检测BACE-1活性,具有良好的特异性和灵敏度(检测限为26.48 p M),还可用于BACE-1抑制剂的筛选和动力学参数分析。特别是该纳米探针具有良好的稳定性,可以很容易地转移到活细胞中,并实时成像细胞中BACE-1活性,为BACE-1相关的阿尔茨海默病基础和临床研究提供了有价值的工具。
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