聚芳撑乙炔类荧光传感器阵列的构建及其在PTH-氨基酸识别和蛋白测序中的应用

Phenylthiohydantoin (PTH)-derivatized amino acids, as important products of Edman sequencing - a useful method of N-terminal sequencing of proteins, the rapid and effective identification of PTH-amino acids could improve the accuracy of protein sequencing. Due to the highly similarity in molecular configuration of PTH-amino acids, it is still a challenge to develop a simple and rapid technique for detecting and identifying various PTH-amino acids. Aiming at the problems of high cost, cumbersome operation and slow response speed in traditional technology for PTH-amino acids detection, this project is proposed to design and develop a series of polymers with different side chains and to construct polymer-based fluorescent sensor arrays by utilizing the strong light capturing capability and amplified recognition signal effect of conjugate polymers. The array enables the high throughput of detecting and discriminating of 20 PTH-amino acids by differential fluorescence modulation of the components of the sensor array without the need for specific receptors. Then the “fingerprint” of PTH-amino acids can be established by the treatment of the collected data through principal component analysis and linear discriminant analysis, which provides support for the rapid and accurate identification of unknown PTH-amino acids obtained from the protein degradation, and thus determining the sequences of amino acids in protein. The implementation of this project will improve the sensitivity and throughput of PTH-amino acid detection, and provide new ideas and methods for protein sequencing.

PTH-氨基酸作为埃德曼降解法-蛋白N端测序中的重要产物，对其快速有效的鉴定可提高蛋白质测序的准确性。但由于PTH-氨基酸的结构存在高度相似性，开发一种简单快速检测和辨别多种PTH-氨基酸的技术仍然具有很大挑战性。针对鉴定PTH-氨基酸传统技术中存在的成本高、操作繁琐、响应速度慢等问题，本项目拟利用聚芳撑乙炔类共轭聚合物强的光捕获能力和传感信号放大效应，设计和开发一系列具有不同侧链结构的聚合物并构建基于聚合物的荧光传感器阵列。该阵列在不需要特异性受体的情况下，可利用荧光传感器的差异化响应实现对20种PTH-氨基酸的高通量检测和识别。然后通过统计学方法建立PTH-氨基酸的“指纹图谱”，为快速准确鉴定蛋白质降解过程中得到的未知PTH-氨基酸提供支持，从而确定蛋白质的氨基酸顺序。本项目的实施将提高PTH-氨基酸检测的灵敏度和通量，为蛋白质测序提供新的思路和方法。

本项目按照任务书的要求，制备出了一系列不同侧链结构的共轭聚合物，并系统研究了它们在溶液中的光谱性质。构建了基于聚合物的荧光传感器阵列，用于20种PTH-氨基酸的区分，并结合Edman降解技术，对未知的多肽进行了准确测序。在此基础上，我们还进行了一些拓展研究，并取得了具有一定创新性和系统性的研究成果，主要研究工作概述如下：（1）基于聚合物的荧光传感阵列在区分结构或性能相似的多种分析物方面具有较大的优势，但由于探针缺少特异性识别基团，对单个分子的检测灵敏度较低。在本项目研究中，我们开发了一系列基于有机小分子及共轭聚合物的荧光探针，用于复杂环境中生物活性小分子的检测，有望帮助了解相关疾病形成的机制。这些研究工作为高性能荧光探针的设计提供了一些新思路，对于荧光染料和识别基团的选择以及荧光性能调控机制的研究提供了直接的理论依据和技术支撑。（2）生物体内存在多种生物活性分子，一种疾病的发生和发展往往与多种生物活性分子相关。若将几个独立的探针混合在一起进行测试，会造成相互干扰，测试灵敏度不高，难以实现对多种生物活性分子的精准同步定性定量检测。针对这一难题，我们采用巧妙的结构设计，开发了几种单分子双功能荧光探针，并研究了这些生物活性分子在复杂的生理和病理变化过程中的相互作用。这些研究工作为实现复杂生物环境中多种生物活性分子的高选择性、高灵敏检测提供平台，也为相关疾病的早期预警和检测提供新的手段。（3）共轭聚合物在光照下可以释放单线态氧，相比小分子而言，其具有更高的单线态氧产生能力，在光动力治疗方面有很大的应用潜力。基于此，我们通过调控研究共轭聚合物分子结构与其光疗活性构效关系，研发出若干新型高效的光疗药物用于光动力治疗或联合治疗。

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