分子灯笼,传递在黑夜中的微光-国内聚焦-资讯-生物在线

分子灯笼,传递在黑夜中的微光

作者:上海吉凯基因医学科技股份有限公司 2024-02-05T00:00 (访问量:11553)

在上次的荧光选择的软文中,我们提到了一个研究蛋白互作的技术——生物发光共振能量转移(BRET),这里我们再回顾一下这个技术最核心的几个要点:

1.     能量并不只是可以以光子跃迁的形式激发,也可以以共振的形式传递给相邻或者非常接近的可以接受能量的物质中

2.     荧光素酶本身不需要被光激发,只需要添加底物即可通过生物酶促反应产生光,这里萤火虫荧光素酶的反应是需要ATP参与的,但是RLuc和Nluc(nanoLuc)的底物酶促反应是不需要ATP的参与

3.     荧光素酶本身穿透力强,即使是在机体的深层脏器发出的光,也可以被检测到,且强度没有受到较大影响

回顾结束,今天我们来聊一聊这个体系的其他用途,除了验证互作,还能用于哪些实验,当然,关子应该是卖不了了,毕竟标题已经出卖了我的想法。

那灯笼的使用主要有两个主要组成部分,灯笼罩和一个亮度可观的光源,但是只有这两个就可以让一个灯笼发挥照明的作用嘛,很明显是不可以的。因为光源是需要被点亮的,不管是古时的纸灯笼使用火折子点亮还是现代的手电tong亦或者是科幻电影中的赛博手电或者核能手电,都避免不了需要点亮这一步。结合上面提到的关于灯笼的几个特点,我们可以窥见分子灯笼的大体结构,当然,火折子也是必须的,但这里的火折子不是指荧光素酶的底物,而是荧光素酶本身,底物只是他的能量来源。

 

2022年,一篇名为“Genetically encoded BRET-activated photodynamic therapy for the treatment of deep-seated tumors”揭示了一类特殊的分子灯笼研究方向。光动力疗法(PDT)是基于光诱导光敏剂介导的活性氧类(ROS)的抗癌活性的癌症治疗的最有影响力的方法之一,但是有限的光穿透组织的深度不能治疗深层肿瘤,因此落实到实际的临床应用上,依旧有很明显限制。文章在这里提出了一个依赖BRET激活PDT的概念,构建一个表达内部光源以及结合光敏剂(PS)的体系,依赖于荧光素酶本身的强穿透性以及本身不需要光照仅靠底物酶促反应可以发光的特性,其可以递送到位于几乎无限深度的肿瘤,且这个治疗可以通过注射底物进行控制。为了展示这个体系,研究人员设计了遗传nanoluc-miniSOG的BRET对,其中中nanoluc作为光源的供体,光毒性蛋白miniSOG作为受体接受并发出荧光,在注射底物后,在nanoluc的激活下产生ROS。

 

图1: nanoluc-miniSOG体系示意图及细胞实验效果展示【1】

 

后续为了验证在动物体内该系统是否依旧可以发挥功能,研究人员将稳定表达nanoluc-miniSOG的BT-474细胞注射到小鼠体内进行成瘤,在肿瘤生长到预期大小之后,对成瘤的小鼠进行不同的处理,结果显示该体系对于肿瘤的抑制具有显著效果。

 

图2:不同处理的成瘤小鼠肿瘤变化情况【1】

 

图3:直接检测NanoLuc-miniSOG荷瘤小鼠中离子化miniSOG的荧光信号【1】

 

最后为了验证携带NanoLuc-miniSOG的假病毒载体直接注射对于肿瘤生长的影响,研究人员使用带有her2特异性支架蛋白DARPin_9-2931假型的慢病毒载体,将nanolucminisog遗传构建体传递到动物模型中的BT-474肿瘤中(图4a)。为此,在截断麻疹病毒(MV)的糖蛋白(血凝素HcΔ18和融合蛋白FcΔ30)存在的情况下,制备了人类免疫缺陷病毒HIV-1载体颗粒,并用DARPin9_29修饰MV血凝素蛋白的c端,使其对自然识别的CD46受体的趋向性改变为HER2受体。DARPins(设计的锚蛋白重复序列蛋白)是一种非免疫球蛋白性质的结合支架,已被开发为免疫球蛋白蛋白的替代品)

 

图4: 以HER2阳性肿瘤为靶向对象的NanoLuc-miniSOG病毒的干预效果【1】

 

结果而言,效果显著,不管是肿瘤细胞中还是对于一定大小的瘤体都有较好的杀伤效果,结合底物的使用,还可以做到特定阶段对于药物的杀伤,通过一个可以被控制的开关,打开深层组织脏器肿瘤杀伤的新方向。

 

参考文献

1. Genetically encoded BRET-activated photodynamic therapy for the treatment of deep-seated tumors

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