近日,我?;瘜W(xué)與分子工程學(xué)院、費(fèi)林加諾貝爾獎科學(xué)家聯(lián)合研究中心賀曉鵬教授團(tuán)隊發(fā)展了基于“振動誘導(dǎo)發(fā)光”機(jī)制的流感病毒精準(zhǔn)探測工具,相關(guān)工作在線發(fā)表于Cell子刊Chem(2022, 10.1016/j.chempr.2022.03.012)。高致病病原微生物往往通過選擇性識別宿主細(xì)胞表面的特殊糖結(jié)構(gòu)入侵細(xì)胞,繼而造成感染。例如,時下全球性流行的新冠病毒表面刺突蛋白可經(jīng)由宿主細(xì)胞表面糖胺聚糖的介導(dǎo),特異性識別血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2感染宿主細(xì)胞。此外,季節(jié)性爆發(fā)的甲型流感病毒(IAV)可通過血凝素(HA)膜蛋白識別禽類細(xì)胞表面的α-2,3構(gòu)型唾液酸寡糖感染禽細(xì)胞,而當(dāng)HA的識別特征突變?yōu)楦弑磉_(dá)于人細(xì)胞表面的α-2,6構(gòu)型唾液酸寡糖時,可導(dǎo)致IAV的人感染并大幅增加人傳人風(fēng)險。
傳統(tǒng)生化手段需對病毒樣本裂解進(jìn)而分析相關(guān)生物標(biāo)志物,雖然糖固相微陣列技術(shù)的提出為糖與蛋白質(zhì)的選擇性識別提供了通用檢測方法,然而適用于原位探測糖細(xì)微結(jié)構(gòu)差異如何介導(dǎo)其生物識別特異性動態(tài)變化的精準(zhǔn)化學(xué)工具仍相對缺乏。針對這一問題,研究團(tuán)隊以不同糖識別特征的甲型流感病毒為研究模型,提出“生物識別誘導(dǎo)構(gòu)象限制”策略,發(fā)展了基于“振動發(fā)光”(VIE)機(jī)制的唾液酸寡糖偶聯(lián)動態(tài)熒光陣列。
VIE是我校田禾院士團(tuán)隊獨(dú)立揭示的一種存在于二氫二苯并吩嗪類結(jié)構(gòu)的發(fā)光特征(Tian et al., J. Am. Chem. Soc.2015, 137, 8509),當(dāng)此類分子處于良分散態(tài)時,其激發(fā)態(tài)呈平面共軛構(gòu)象,發(fā)射紅色熒光,而當(dāng)分子受周邊微環(huán)境限制“振動”(僵化)時,激發(fā)態(tài)呈類“馬鞍形”構(gòu)象,熒光顯著藍(lán)移。受這一獨(dú)特“動態(tài)發(fā)光”機(jī)制啟發(fā),研究團(tuán)隊設(shè)計構(gòu)建了多系列不同α-2,6和α-2,3-唾液酸聚糖區(qū)域異構(gòu)體修飾的VIE探針庫,結(jié)合熒光光譜、生物小角度散射和計算模擬等手段,證明糖與病毒識別蛋白間的選擇性主客體作用可引導(dǎo)臨近偶聯(lián)的VIE分子“限制振動”(構(gòu)象僵化),從而呈現(xiàn)探測信號紅色至藍(lán)色熒光的比率型改變。該技術(shù)無需對病毒裂解并提取目標(biāo)生物大分子,可直接在均相中實現(xiàn)完整病毒表面糖識別膜蛋白的原位高通量探測,VIE分子受周邊微環(huán)境限制所發(fā)生的動態(tài)熒光改變,為其共價偶聯(lián)糖分子的特異性生物識別環(huán)境提供了表征信號,結(jié)合主成分分析法對所得高通量信號進(jìn)行降維解析,實現(xiàn)了不同種屬病毒間,人感染和禽感染病毒間,以及不同病毒變體間糖識別特征的精準(zhǔn)區(qū)分,同時此驗證該方法還適用于克隆不同糖識別特異性HA的腺病毒疫苗載體檢測,為病毒的糖介導(dǎo)動態(tài)識別特征改變的原位探測提供了簡易、高效的化學(xué)手段。
團(tuán)隊在上述系統(tǒng)性工作中,提出了將“振動誘導(dǎo)發(fā)光”這一動態(tài)熒光機(jī)制引入糖介導(dǎo)高致病病原微生物識別特異性的精準(zhǔn)探測,通過“生物識別誘導(dǎo)構(gòu)象限制”這一獨(dú)特策略的運(yùn)用,實現(xiàn)了流感病毒糖異構(gòu)化識別差異的高通量、原位精準(zhǔn)區(qū)分,預(yù)期該技術(shù)有望成為傳統(tǒng)固相糖陣列實驗的重要補(bǔ)充,為糖組學(xué)解碼提供有力的化學(xué)工具。
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化學(xué)與分子工程學(xué)院博士后豆偉濤與復(fù)旦大學(xué)附屬公共衛(wèi)生臨床中心王祥博士為本文共同第一作者,美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校Jonathan Sessler教授、天津醫(yī)科大學(xué)周東明教授與賀曉鵬教授為本文共同通訊作者,研究工作得到了田禾院士的悉心指導(dǎo)。小角度散射實驗得到了蛋白質(zhì)科學(xué)研究(上海)設(shè)施五線六站(BL19U2)李娜博士的指導(dǎo),計算模擬實驗由上??萍即髮W(xué)劉婷婷博士完成,并得到了趙素文研究員的指導(dǎo)。本研究獲得了國家自然科學(xué)基金、材料生物學(xué)與動態(tài)化學(xué)教育部前沿科學(xué)中心、上海市科技重大專項、上海市科委國際合作項目、費(fèi)林加諾貝爾獎科學(xué)家聯(lián)合研究中心博士后創(chuàng)新人才支持計劃、上海市超級博士后基金資助。
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