近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所“農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險評估”創(chuàng)新團隊，聯(lián)合北京化工大學(xué)有關(guān)團隊，發(fā)明了一種由分子模擬方式設(shè)計的新型DNA納米熒光探針，該探針具有高靈敏度、高特異性，避免了多通道熒光相互干擾帶來的假陽性信號，在大蒜素對細(xì)胞及荷瘤小鼠中氧化還原水平的調(diào)控能力及機制研究中得到成功應(yīng)用。相關(guān)成果發(fā)表在納米領(lǐng)域國際權(quán)威期刊《Nano Today》（IF:18.963）上，并已獲得國家發(fā)明型專利授權(quán)（ZL202010544295.4）。

 

　　大蒜素是由大蒜中的蒜氨酸酶催化蒜氨酸，經(jīng)分解合成而形成的一種有機硫化合物，因其獨特的化學(xué)結(jié)構(gòu)，具有調(diào)控生物體氧化還原作用的營養(yǎng)活性。在氧化應(yīng)激相關(guān)的分子反應(yīng)中，機體脫嘌呤嘧啶核酸內(nèi)切酶APE1的活性表達(dá)水平與活性氧物種ROS含量具有緊密的關(guān)聯(lián)性，而以ROS及APE1的正交原位報告手段為切入點，研究大蒜素氧化還原水平調(diào)控的相關(guān)機制尚未見有報道。

 

　　為此，研究團隊利用分子模擬工具，創(chuàng)新設(shè)計了基于DNA納米結(jié)構(gòu)的雙通道熒光探針，用于體外和體內(nèi)成像闡釋大蒜素調(diào)控氧化還原水平作用機制。分子模擬輔助消除了由于多熒光團間不良交互作用引起的假陽性信號，提高了探針的靈敏度和特異性；將親核靶點NLS引入探針中，幫助其有效進(jìn)入細(xì)胞核，并闡釋亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中ROS及APE1的表達(dá)。將活細(xì)胞及荷瘤小鼠中的ROS和APE1表達(dá)進(jìn)行定量、定位研究，結(jié)果顯示ROS升高導(dǎo)致了APE1過表達(dá)，這主要因為基因組DNA和mtDNA中累積的堿基受損。將該熒光探針在天然產(chǎn)物大蒜素的活性研究中進(jìn)行應(yīng)用，結(jié)果顯示大蒜素能夠有效減輕細(xì)胞氧化應(yīng)激、保護(hù)細(xì)胞免受氧化刺激。

 

　　該工作展示了一種可廣泛推廣的策略來構(gòu)建基于納米結(jié)構(gòu)的分子探針，可在活細(xì)胞和實驗動物中成像多個目標(biāo)，用于深入了解活細(xì)胞及活體中的分子相互作用機制，同時也為大蒜素的功效研究與創(chuàng)新研發(fā)、產(chǎn)品加工與開發(fā)提供了理論基礎(chǔ)和重要技術(shù)手段。

 

　　本研究得到了國家特色蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、國家農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險評估、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程等項目資助。論文由我所博士研究生潘燁燦為第一作者，錢永忠研究員和北京化工大學(xué)蘇昕教授等為共同通訊作者。

 

　　原文連接：https://doi.org/10.1016/j.nantod.2022.101573