化工學院張志超教授團隊在腫瘤標志物的熒光可視化領域取得新進展
大連理工大學化工學院化學生物學課題組在腫瘤標志物的熒光可視化方向取得新進展，成果發(fā)表在中科院化學大類一區(qū)雜志Analytical Chemistry （Anal. Chem.?2021, 93, 9669-9676），“題為Discovery of a fluorogenic probe for in situ pyruvate kinase M2 iso-form (PKM2) labeling through chemoselective SNAr with a binding site lysine residue”。文章第一作者為大連理工大學特評副教授王紫千，通訊作者為張志超教授。
基于反應的turn-on型熒光探針是利用探針與分析物發(fā)生化學反應前后熒光發(fā)生變化，實現(xiàn)對分析物特異性識別的一類熒光探針。該技術因具有操作簡單，高靈敏性、高選擇性、低成本、無創(chuàng)、原位和實時檢測等優(yōu)點，被廣泛地應用于生物、醫(yī)學、化學生物學等領域。對于蛋白質(zhì)類生物標志物，基于反應的turn-on型熒光探針通過與靶蛋白表面的親核性氨基酸殘基（半胱氨酸Cys、賴氨酸Lys、組氨酸His和酪氨酸Tyr等）發(fā)生取代反應實現(xiàn)對靶蛋白的共價標記，并伴隨著熒光變化。本課題組在2019年曾報道了一個通過SNAr反應標記Cys和Lys殘基的turn-on熒光探針，6-苯巰基-1-氧-1H-非那烯-2,3-二腈（AT-OPD，Analyst?2019,?144, 3260-3266）。但是這類探針因其具有較高的反應活性，容易受到細胞內(nèi)大量存在的谷胱甘肽（GSH）等生物硫醇的干擾，無法實現(xiàn)對靶蛋白的特異性標記。
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圖1.?AT-OPC1熒光標記Lys反應機理圖
在本研究中，王紫千副教授通過在AT-OPD衍生物2位引入弱吸電子能力的酯基和硝基苯等基團，降低AT-OPD衍生物6位與親核性氨基酸殘基的反應活性，獲得了一個在活細胞全蛋白質(zhì)組水平特異性識別丙酮酸激酶M2亞型（PKM2）的基于反應的turn-on型熒光探針AT-OPC1。丙酮酸激酶M2亞型（PKM2）在多種人類癌細胞中高表達，促進有氧糖酵解和合成代謝，是多種腫瘤的潛在生物標志物。因此，利用熒光探針可視化研究早期癌癥發(fā)生和發(fā)展過程中細胞內(nèi)PKM2水平的動態(tài)變化，有利于癌癥的早期準確診斷。
利用基于活性的分子探針技術結合蛋白質(zhì)酶切與LC-MS/MS實驗，證明AT-OPC1在細胞原位和蛋白質(zhì)組水平上特異性非共價結合PKM2蛋白之后，與賴氨酸殘基Lys305發(fā)生親核反應并實現(xiàn)了熒光turn-on響應，是第一個turn-on型PKM2熒光探針，能夠通過凝膠熒光成像和細胞熒光成像反映細胞內(nèi)PKM2蛋白的水平變化，實現(xiàn)對于腫瘤細胞和正常細胞的區(qū)分，有望應用于腫瘤的早期診斷。
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圖2.?加入AT-OPC1后，利用凝膠熒光成像和細胞熒光成像反映腫瘤細胞和正常細胞PKM2蛋白的水平差異。
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該研究得到了國家自然科學基金項目和大連理工大學-遼寧省腫瘤醫(yī)院醫(yī)工合作項目的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.1c00208
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