基于DNA折纸的抗原抗体相互作用研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 张萍 |
| 答辩日期 | 2021 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) |
| 导师 | 李宾 |
| 关键词 | 抗原抗体反应 抗原表位排布 DNA折纸 原子力显微术 |
| 英文摘要 | 抗原抗体反应是宿主防御病原体、肿瘤和免疫治疗以及体外疾病检测等方面的核心事件。研究抗原抗体间的相互作用对于理解机体免疫反应的机制和行为、提升疾病的检测和诊断水平都起着至关重要的作用。病原体的抗原表位多位于其表面,抗原表位纳米级的空间排布与抗体的相互作用密切相关,这可能是导致抗原抗体免疫反应差异性的主要原因之一。然而,如何在纳米尺度上精细调控界面上的抗原表位分布,定量阐述抗原抗体间的结合行为存在很大挑战。DNA折纸技术在精准构建纳米结构方面已经显示出非凡的潜力,具有程序化和简单方便的优势。特别是其纳米级的可寻址能力,为设计、构筑和调控抗原表位空间排布提供了有效的途径。本论文通过将具有可寻址性和编程性特点的DNA折纸与单分子检测表征技术(原子力显微镜和单分子荧光共振能量转移)相结合,获得了多个不同形貌的单个抗体高分辨AFM图像,捕获了抗体与抗原结合的动态过程,并在单分子水平上描述了抗体中和能力与抗原表位距离的相关性。本论文的研究为定量阐述抗原抗体反应的分子机制、调控抗原抗体反应效率、以及相关动力学研究提供了新思路。本论文的具体研究内容如下:第一部分:DNA折纸上生物分子排布及其对分子识别反应的影响。典型两维DNA折纸的尺寸为100×100 nm~2左右,纳米级生物分子在DNA折纸上的不同空间排布是否对分子反应产生影响是目前比较关注的问题。本论文通过研究DNA折纸界面上修饰的生物素,发现其在DNA折纸边缘和界面中心位置的分子反应存在较大差别,这为后续研究抗原抗体反应中的抗原表位位点设计提供了指导性作用。第二部分:抗体高分辨成像。液体环境中,单个抗体(IgG)分子的高分辨成像非常困难,主要是由于抗体分子小而软、且组成IgG分子三个结构域(两个Fab和一个Fc结构域)的尺寸和几何形貌比较相似。本论文利用DNA折纸的定位修饰抗原能力,通过将IgG固定在DNA折纸框架上,获得了“V”,“Y”,“T”不同形貌的单个IgG分子高分辨AFM图像,为研究抗原抗体结合反应提供了新方法。第三部分:抗原抗体反应动态过程的研究。单个IgG分子含有两个与抗原结合的Fab结构域,科学家们猜测IgG与抗原结合可能分两步完成,先与一个抗原结合后,再与另外一个抗原结合。本论文结合DNA折纸的定位能力和快速原子力显微镜的成像功能,首先通过DNA折纸自组装修饰过程,将抗原分子固定在DNA折纸纳米结构上,然后采用实时原位扫描成像方法,获得了单个IgG分别与两个相邻抗原间结合的动态过程,为抗原抗体的反应过程提供了详实的、直接的实验证据。第四部分:抗原表位排布与抗体中和能力的研究。病原体多种多样,其表面上抗原表位排布有不同的特征,包括数量和空间分布。病原体是否采取一种简单的策略,就可以减少抗体的中和反应,减少或逃避机体免疫反应?本论文利用DNA折纸构建了具有不同抗原表位排布的DNA框架结构,研究了不同抗原表位距离(3-20 nm)与抗体结合反应的差异。实验结果显示,随着抗原表位距离的变化,抗原抗体结合效率发生了变化。当抗原表位距离为10 nm左右时,其结合效率最高。通过理论模拟分析发现该距离抗体结构出现的几率最高,电位最低。除此之外,通过研究三类不同的抗原抗体结合反应,发现该现象有一定的普适性。其研究结果可能对研究抗体的中和能力,设计疫苗等具有一定启发作用。 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/33882]  |
| 专题 | 中科院上海应用物理研究所2021-2022年 |
| 作者单位 | 1.中国科学院上海应用物理研究所 2.中国科学院大学; |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张萍. 基于DNA折纸的抗原抗体相互作用研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：上海应用物理研究所
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