Angew. Chem. :DNA分子拉链探测器监控膜上微结构域的形成和异常变化

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细胞膜表面上存在明显的不对称性,各种膜蛋白分子在膜上都具有明确的、特定的分布区域。其中一种常见的细胞膜区域是由胆固醇和鞘磷脂等形成的微结构域。而这些微结构域的形成可以促进膜蛋白分子局部浓度的增加,从而使各种膜蛋白分子以及脂分子与蛋白之间的相互作用更加具有选择性和专一性。之前的研究已经发现许多膜上信号传导过程,例如T细胞受体复合物的形成和T细胞激活反应,只有在微结构域中才能实现。微结构域的破坏以及膜脂分子间的异常作用往往标志着许多疾病的发生,比如炎症和自体免疫性疾病。


近日,马萨诸塞大学尤明旭教授团队基于其前期对于膜上DNA探针分子设计研究的积累,开发出了一种新型有效的DNA分子拉链探测器,可以用于监测活细胞膜上动态和瞬态的脂分子相互作用,并由此实现对膜上微结构域的形成和异常变化的实时监控。

在尤教授团队的设计中,一对很短的荧光DNA互补序列分别标记在两个胆固醇分子末端,由于膜上胆固醇分子在微结构域中的富集和瞬时相互作用,导致DNA分子杂交的形成和荧光信号的产生。而通过进一步设计DNA杂交序列的长短,相应的胆固醇分子间作用导致的荧光信号强度可以得到准确调节。

经过对在活细胞膜表面上荧光共振能量转移信号的研究,7个碱基对互补的DNA分子拉链序列被发现是最优的膜上微结构域探测器。

利用此7碱基对分子拉链探测器,化学方法导致的活细胞膜上微结构域的破坏和诱导生成均可以得到有效的实时监测。

与此同时,作者还通过该探针完成了对膜上微结构域在T细胞激活过程中作用的动力学研究。在研究时作者发现,在加入CD3和CD28抗体后,膜上微结构域快速形成,在1-2分钟左右与T细胞激活信号(钙离子浓度)几乎同时到达峰值,之后在10分钟内缓缓恢复到原始微结构域状态。


综上,这项工作提供了一种可用于膜脂结构域及脂分子瞬态作用成像的生物探针。这一探针设计也为研究各种膜蛋白分子以及脂分子与蛋白之间的相互作用提供了一种突破性的新思路。

论文信息:

Imaging Membrane Order and Dynamic Interactions in Living Cells with a DNA Zipper Probe

Yousef Bagheri,Ahsan Ausaf Ali,Puspam Keshri,James Chambers,Anne Gershenson,Mingxu You


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202112033


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