基于单颗粒示踪技术的膜受体蛋白与配体分子相互作用的原位动态分析

Receptor-ligand interaction is the biological foundation of various physiological processes such as the materials exchange and signal transduction between cell and extracellular microenvironment. However, the in-situ and real-time investigation of receptor-ligand interactions in living cell remain a great challenge due to the fast dynamics, reversibility and heterogeneity. In the project, with functionalized gold nanoparticle as a probe, we attempt to construct a robust single-particle tracking technique, enabling us to extract the receptor-ligand interaction dynamics as well as the corresponding bioaffinity constant at the nonequilibrium state from the transient mobility analysis with the aid of pattern recognition and reaction kinetics studies. With this elegant strategy, both the mechanism and efficiency of aptamers when used as diagnostic probes and antagonists will be investigated. We anticipated this project could provide a new avenue for exploiting and evaluating the aptamer-based drugs in the future.

细胞膜受体蛋白与配体分子之间的相互作用（Receptor-Ligand Interaction）是细胞与胞外微环境之间进行物质交换、信息交流等生命活动的生物学基础。然而，这一作用过程具有作用时间短、过程可逆以及差异性大等特点，使得在活细胞水平上对单个受体与配体分子的相互作用进行原位动态分析面临着巨大的挑战。本项目计划以功能化金纳米粒子为探针，结合化学计量学模式识别方法和反应动力学原理，构建适用于受体与配体相互作用过程原位动态分析的单颗粒示踪技术，实现活细胞水平上受体蛋白与配体分子结合动力学过程的分析以及非平衡状态下生物亲和常数的测量。利用这一方法，研究以膜蛋白质为靶标的核酸适配体作（Aptamer）为诊疗探针识别分子与类‘拮抗药物’的作用机制与效率，为核酸类新型药物的开发和药效评估等基础应用研究提供新的方法。

细胞膜受体蛋白与配体分子之间的相互作用是细胞与胞外微环境之间进行物质交换、信息交流等生命活动的生物学基础，是细胞信号传导动态调控的关键。然而，在活细胞水平上研究膜受体蛋白与配体动态相互作用仍然面临着瞬态信息准确获取难度大、动力学过程难以量化等挑战。本项目以配体功能化修饰的纳米颗粒为探针，开发了适用于受体蛋白与配体互作分析的数据挖掘显微示踪技术。利用该方法，实现了整联蛋白与配体相互作用的动态分析，并从动力学与热力学视角考察了变构调节效应与机制的深入解析。此外，还开展了受体蛋白识别作用调控与蛋白激活成簇等过程的动态分析。这一方法的开发和应用研究，为受体蛋白与配体动态互作与调控机制的深入研究提供了新的分析工具。

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