基于单颗粒示踪技术的细胞膜受体与配体相互作用研究

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1、学校代号10532学号S151101017分类号密级硕士学位论文基于单颗粒示踪技术的细胞膜受体与配体相互作用研究学位申请人姓名吴嘉培养单位化学化工学院导师姓名及职称熊斌副教授学科专业化学研究方向生物医学成像论文提交日期2018年5月学校代号：10532学号：S151101017密级：湖南大学硕士学位论文基于单颗粒示踪技术的细胞膜受体与配体相互作用研究学位申请人姓名：吴嘉导师姓名及职称：熊斌副教授培养单位：化学化工学院专业名称：化学论文提交日期：2018年5月论文答辩日期：2018年5月23日答辩委员会主席：张晓兵教授Si

2、ngle-ParticleTrackingMicroscopyEnablesInvestigationofReceptor-LigandInteractioninLiveCellsbyWUJiaB.S.(HunanUniversityofScienceandTechnology)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofScienceinAnalyticalChemistryintheGraduateSc

3、hoolofHunanUniversitySupervisorAssociateProfessorXIONGBinMay,2018硕士学位论文摘要长期以来，细胞膜受体蛋白与配体分子之间的相互作用是分子生物学、生物物理学与纳米生物学等众多领域中的研究热点。凭借着破除平均测量结果与获取中间态信息的独特优势，单分子成像技术在活细胞表面受体分子与配体分子作用过程与差异性分析的研究中崭露头角，如荧光互相关光谱，荧光共振能量转移等。然而这些分析方法需要对反应达到平衡状态时受体与配体结合体的数量进行检测，以及对受体和配体同时进行荧光标

4、记。相比之下，单粒子示踪技术能够研究单个膜受体在活细胞中长时间内的分子动力学和相互作用。然而，由于难以从复杂的运动中提取瞬时状态，利用现有的单颗粒示踪技术开展活细胞表面受体蛋白与配体分子动态相互作用的原位分析仍然面临诸多困难。基于此，本论文中：在第二章中，开发活细胞水平上配体受体相互作用的定量分析方法。采用具有高生物兼容性的聚乙二醇将RGD环肽（cRGD）与金纳米颗粒链接，构建具有生物活性的纳米探针。利用暗场显微镜对探针与膜上受体相互作用过程实时观察，对所得数据使用马尔卡夫模式识别算法进行自动识别，分别获得cRGD配体与

5、整联蛋白受体结合和解离状态持续时间。根据受体与配体结合和解离反应动力学理论推导，得到受体与配体结合解离概率随时间变化的规律，将理论推导的概率时间公式对实验数据进行拟合，分别获得其结合与解离反应速率常数，从而求得非平衡状态下cRGD肽与整联蛋白受体的亲和常数为2.5μmol·dm3。在第三章中，考察激活因子Mn2+对整联蛋白受体与配体相互作用过程的影响。利用已建立的受体与配体相互作用过程的原位动态测量方法，同时从结合反应和解离反应两个方向分析，发现激活因子Mn2+促进了探针与整联蛋白的结合，同时降低了其解离。并通过流式细

6、胞术证明了该方法可以用于检测细胞膜受体蛋白与配体分子相互作用。在第四章中，核酸适配体与靶细胞上蛋白分子相互作用过程的分析。利用已建立的单颗粒示踪技术，以靶向肝癌细胞的核酸适配体（TLS11a）为例，对核酸适配体功能化纳米探针与肝癌细胞的作用过程进行实时示踪，验证了该方法可以用于分析核酸适配体与靶细胞上蛋白分子的相互作用。关键词：单颗粒示踪技术；受体与配体相互作用；动力学II基于单颗粒示踪技术的细胞膜受体与配体相互作用研究AbstractForalongtime,theinteractionbetweencellmembr

7、anereceptorandligandmoleculeshasbeenaresearchhotspotinvariousfieldssuchasmolecularbiology,biophysicsandnanobiology.Owningtothecapabilityofin-situmonitoringtheongoingbiologicaleventsattheunprecedentedresolution,single-moleculeapproacheshaveprovidednewopportunities

8、forinvestigatingreceptor-ligandinteractionsinlivecells.Inthepastyears,severalsingle-moleculetechniquessuchasfluorescencecross-correlationspectroscopyandfluores