基于金属有机骨架和偶联外切酶反应的荧光纳米平台测定T4多核苷酸激酶活性及其抑制剂筛选

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作为DNA磷酸化过程中一个重要的酶,T4多核苷酸激酶(T4 polynucleotide kinase,T4 PNK)能够催化三磷酸腺苷(ATP)的γ-磷酸基团转移到DNA的5’-羟基末端。DNA磷酸化是DNA重组、复制、损伤修复中一个十分重要的过程。而DNA的磷酸化障碍将影响细胞对DNA损伤的响应并与一些重要的人类疾病直接相关,例如布卢姆综合征,沃纳综合征和Rothmund–Thomson综合征。根据文献报道,T4 PNK的抑制剂可能增强γ射线对人类肿瘤的治疗效率。因此构建一个高灵敏性且易于操作的分析方法用于定量检测生物基质中T4 PNK的活性以及筛选其抑制剂具有重要的现实意义。本论文构建了一种基于金属有机骨架(Metal–organic frameworks,MOFs)和Lambda核酸外切酶(Lambda exonuclease,λexo)的纳米平台用于荧光法测定T4PNK活性及其抑制剂筛选。Fe-MIL-88纳米材料对单链DNA(Single-stranded DNA,ss DNA)的吸附能力明显优于对双链DNA(Double-stranded DNA,ds DNA)的吸附能力,同时它具有优越的猝灭能力,因此选择Fe-MIL-88应用于该平台。荧光素FAM标记的ds DNA(FAM-labeled ds DNA,FAM-ds DNA)由荧光素FAM标记的ss DNA(FAM-labeled ss DNA,FAM-ss DNA)及其互补链组成。当T4 PNK存在时,FAM-ds DNA的5’-羟基末端被磷酸化。λexo识别磷酸化的DNA链并将其水解,得到FAM-ss DNA。FAM-ss DNA被Fe-MIL-88吸附,并且荧光被猝灭。相反地,当T4 PNK不存在时,磷酸化过程不能发生,因此水解过程也无法顺利进行。Fe-MIL-88对ds DNA的吸附作用较弱,因此,FAM-ds DNA的荧光猝灭程度很小。最终的荧光强度在最大激发波长488 nm条件下测得,其最大发射波长为524 nm。该方法通过FAM-ss DNA的荧光猝灭程度对T4 PNK进行定量。试验优化了Fe-MIL-88的反应浓度,ATP的反应浓度,λexo的反应浓度以及T4 PNK和λexo的反应条件,包括反应时间、最适p H、Mg2+浓度等条件。通过透射电子显微镜、扫描电子显微镜、紫外吸收光谱、X射线光电子能谱、傅里叶红外光谱等对Fe-MIL-88进行了表征分析。另外,通过荧光寿命数据、Stern-Volmer曲线、琼脂糖凝胶电泳等试验对检测平台的机制和可行性进行了分析。选择性和干扰性实验表明,所构建的T4 PNK活性检测平台具有良好的选择性。在p H值为8.0中的缓冲液中,T4 PNK浓度为0.010-5.0 U?m L-1范围内,FAM-ss DNA的荧光强度与T4 PNK成线性关系,检测限为0.0089 U?m L-1。在生物基质中,T4 PNK浓度为0.050-10.0 U?m L-1范围内,FAM-ss DNA的荧光强度与T4 PNK浓度成良好的线性关系。同时,抑制剂筛选的试验结果表明,该平台具有较好的T4 PNK抑制剂筛选的能力。
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