框架核酸荧光纳米探针的设计及应用
文献类型：学位论文
| 作者 | 黄秋灵 |
| 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 | 诸颖 |
| 关键词 | 框架核酸 DNA瞬时构象变化 荧光各项异性 多路复用 |
| 英文摘要 | 对生命系统中的复杂事件进行研究,需要对复杂样品中多个靶标进行同时检测分析。然而,可见光范围内可识别的荧光团数量有限,导致多路复用的能力受到限制。DNA作为自然界中遗传性息的分子载体,可以通过遗传密码编码生命系统中重要的生物大分子。近年来,DNA纳米技术的发展使我们可以借助DNA构建各种不同的功能纳米结构,这些功能纳米结构可以广泛地应用于生命科学、生物计算和生物成像等领域。本工作将DNA纳米技术和荧光技术相结合,对荧光分子的发光行为和荧光各向异性进行研究,实现了框架核酸荧光纳米探针的构建及应用。具体内容如下:1.利用嵌入式染料K21分子的荧光excimer检测DNA瞬时构象变化。DNA构象变化在调控基因表达和介导药物-DNA相互作用方面具有重要意义。然而,由于DNA构象变化的动态性质,直接探测DNA构象瞬时变化具有挑战性。在此,我们提出一种无标记的实时荧光检测方法,用于检测不同长度和不同结构的DNA瞬时构象变化。通过研究K21与DNA相互作用之后的发光行为,我们发现K21分子可以在DNA表面聚集,形成瞬态的excimer聚集体,并且K21分子单体和excimer聚集体的荧光发射比率与DNA结构瞬时构象的稳定性相关。此方法可以有效地区分多种高度相似但结构不同的DNA纳米结构(i-motif,G四联体,不同数量和不同位置碱基错配的双链DNA)。同时,我们利用此方法识别不同拓扑构象的同一质粒,结果显示,我们可以有效地分区相同序列、不同拓扑构象的质粒DNA。该方法提供了一种无标记的荧光策略来检测DNA结构的瞬时构象变化,在揭示活细胞中基因组的瞬态过程方面具有潜力。2.研究DNA四面体对嵌入式染料荧光各向异性的影响。嵌入式染料的荧光各向异性在核酸分析、荧光探针构建和生物传感等领域具有重要的应用意义,而目前基于框架核酸的嵌入式染料荧光各向异性的研究很少。在此,我们通过DNA序列设计精确调控DNA四面体(TDN)框架核酸的尺寸,结合嵌入式染料SYBR Green I,DAPI和Di YO-1,构建了一系列TDN荧光各向异性探针,研究了TDN尺寸对探针荧光各向异性的影响。实验结果表明,对于单嵌入式SYBR Green I和DAPI,随着TDN尺寸增加,探针的荧光各向异性增加。对于双嵌入式Di YO-1,探针的荧光各向异性随着四面体棱长的增加先降低后增加。该研究表明通过精确调控TDN尺寸可以实现对荧光染料各向异性的调控,以框架核酸为载体的荧光各向异性探针有望成为一种新型的优异探针3.基于框架核酸编码荧光各向异性条形码的构建。荧光各项异性(Fluorescence anisotropy,FA)因可以有效地区分具有重叠发射光谱特征的荧光分子,在生物分子的多靶标分析和成像方面具有巨大的潜力。然而,它对环境变化的敏感性阻碍了它在多路复用中的广泛应用。在此,受荧光蛋白启发,我们设计了类似于荧光蛋白微环境的荧光各向异性DNA框架(Fluorescence anisotropy framework,FAF)来调控荧光分子。我们发现,由于FAF的隔离效应,荧光分子的FA的稳定性显著提高。将荧光分子放置在FAF的不同位置,可以对其FA进行精细调控,这类似于荧光团与蛋白质结合后的光谱偏移。FAF的高度可编程性允许我们设计一系列光谱编码的FA条形码,并将其用于核酸的多路检测和活细胞的多路标记。FAF系统为多路复用FA探针的设计提供了一种新方法。 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/33887]  |
| 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 | 黄秋灵. 框架核酸荧光纳米探针的设计及应用[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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