重要成果 I 鞠熀先研究组发展了一种分子测力计用于分析细胞膜蛋白-膜相互作用

重要成果 I 鞠熀先研究组发展了一种分子测力计用于分析细胞膜蛋白-膜相互作用

细胞膜是一种由两性脂和蛋白质组装成的超分子复合物,膜蛋白作为细胞膜的重要成分,参与细胞的增殖、生长、信号传导等过程。细胞可以通过调节膜蛋白与形成细胞膜的脂质间的相互作用,改变膜蛋白活性、聚集、信号转导等功能。将膜蛋白拔出细胞膜所需力的检测可用于表征膜蛋白与细胞膜相互作用,加深该作用机制及其功能的理解,促进对相应生命过程与生理机制的探索。

我组先前利用空心二氧化硅微球实现了细胞表面神经节苷脂的提取、定量、亚型筛查与再生分析(Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 785)。近期,为了实现对膜蛋白与细胞膜相互作用的分析,我组设计了一种基于空心二氧化硅微球的分子测力计,建立了对膜蛋白与细胞膜相互作用水平的可视化分析方法。

分子测力计以羟基化的空心二氧化硅微球为载体,在环氧基硅烷化后共价修饰一层1,2-二硬酯酰-sn-甘油-3-磷酰乙醇胺(DSPE磷脂),通过疏水相互作用使特定长度烷烃链与叠氮标记的DNA(Azide-Cy3-Cx)吸附在磷脂分子层上,再疏水自组装上第二层DSPE磷脂后获得,即可制得(图1A)。通过改变烷烃链的长度可以获得一系列具有不同疏水相互作用力的分子测力计。

检测方案首先用二苯并环辛炔(DBCO),二嗪基团(Dia)和染料FAM标记的功能化适配体(FA)中的核酸适配体识别细胞表面的膜蛋白,再在紫外光下将FA末端的二嗪基团与相应膜蛋白共价连接(图1B),进一步利用叠氮和DBCO间的点击化学反应将分子测力计共价连接到与膜蛋白的FA上,由分子测力计的浮力激发烷烃链-磷脂双分子层相互作用与膜蛋白-细胞膜相互作用间的竞争,通过改变烷烃链的长度,调节烷烃链-磷脂双分子层相互作用强弱,将膜蛋白拔出细胞膜(图1C),从而由用光镊获得的相互作用力标尺,测得膜蛋白-细胞膜相互作用力。以MCF-7乳腺癌细胞系表面的MUC1黏蛋白为模型,制备的探针实现了对MUC1粘蛋白与细胞膜相互作用力的定量分析。

相关成果以“Tug-of-war: molecular dynamometers against living cells for analyzing sub-piconewton interaction of specific protein with cell membrane”为题,于6月7日在Chemical Science上投稿,9月1日接收。博士生刘惠普和副教授陈云龙为该论文共同第一作者,鞠熀先教授为该论文通讯作者。

图1.(A)分子测力计的制备流程,(B)功能化适配体的制备与孵育流程,(C)检测原理图。