Chem報導華東理工“振動誘導發光”機制精准探測流感病毒的研究新進展

高致病病原微生物往往通過選擇性識別宿主細胞表面的特殊糖結構入侵細胞,繼而造成感染。例如,時下全球性流行的新冠病毒表面刺突蛋白可經由宿主細胞表面糖胺聚糖的介導,特异性識別血管緊張素轉化酶2感染宿主細胞。

近日,華東理工大學化學與分子工程學院、費林加諾貝爾獎科學家聯合研究中心賀曉鵬教授團隊發展了基於“振動誘導發光”機制的流感病毒精准探測工具,相關工作線上發表於Cell子刊Chem(2022,10.1016/j.chempr.2022.03.012)。高致病病原微生物往往通過選擇性識別宿主細胞表面的特殊糖結構入侵細胞,繼而造成感染。例如,時下全球性流行的新冠病毒表面刺突蛋白可經由宿主細胞表面糖胺聚糖的介導,特异性識別血管緊張素轉化酶2感染宿主細胞。此外,季節性爆發的甲型流感病毒(IAV)可通過血凝素(HA)膜蛋白識別禽類細胞表面的α-2,3構型唾液酸寡糖感染禽細胞,而當HA的識別特徵突變為高表達於人細胞表面的α-2,6構型唾液酸寡糖時,可導致IAV的人感染並大幅增加人傳人風險。

傳統生化手段需對病毒樣本裂解進而分析相關生物標誌物,雖然糖固相微陣列科技的提出為糖與蛋白質的選擇性識別提供了通用檢測方法,然而適用於原位探測糖細微結構差异如何介導其生物識別特异性動態變化的精准化學工具仍相對缺乏。針對這一問題,研究團隊以不同糖識別特徵的甲型流感病毒為研究模型,提出“生物識別誘導構象限制”策略,發展了基於“振動發光”(VIE)機制的唾液酸寡糖偶聯動態螢光陣列。

VIE是華東理工大學田禾院士團隊獨立揭示的一種存在於二氫二苯並吩嗪類結構的發光特徵(Tian et al.,J. Am. Chem. Soc.2015,137,8509),當此類分子處於良分散態時,其激發態呈平面共軛構象,發射紅色螢光,而當分子受周邊微環境限制“振動”(僵化)時,激發態呈類“馬鞍形”構象,螢光顯著藍移。受這一獨特“動態發光”機制啟發,研究團隊設計構建了多系列不同α-2,6和α-2,3-唾液酸聚糖區域異構體修飾的VIE探針庫,結合螢光光譜、生物小角度散射和計算類比等手段,證明糖與病毒識別蛋白間的選擇性主客體作用可引導臨近偶聯的VIE分子“限制振動”(構象僵化),從而呈現探測訊號紅色至藍色螢光的比率型改變。該科技無需對病毒裂解並選取目標生物大分子,可直接在均相中實現完整病毒表面糖識別膜蛋白的原位高通量探測,VIE分子受周邊微環境限制所發生的動態螢光改變,為其共價偶聯糖分子的特异性生物識別環境提供了表徵訊號,結合主成分分析法對所得高通量訊號進行降維解析,實現了不同種屬病毒間,人感染和禽感染病毒間,以及不同病毒變體間糖識別特徵的精准區分,同時此驗證該方法還適用於尅隆不同糖識別特异性HA的腺病毒疫苗載體檢測,為病毒的糖介導動態識別特徵改變的原位探測提供了簡易、高效的化學手段。

團隊在上述系統性工作中,提出了將“振動誘導發光”這一動態螢光機制引入糖介導高致病病原微生物識別特异性的精准探測,通過“生物識別誘導構象限制”這一獨特策略的運用,實現了流感病毒糖異構化識別差异的高通量、原位精准區分,預期該科技有望成為傳統固相糖陣列實驗的重要補充,為糖組學解碼提供有力的化學工具。

化學與分子工程學院博士後豆偉濤與復旦大學附屬公共衛生臨床中心王祥博士為本文共同第一作者,美國德克薩斯大學奧斯丁分校Jonathan Sessler教授、天津醫科大學周東明教授與賀曉鵬教授為本文共同通訊作者,研究工作得到了田禾院士的悉心指導。小角度散射實驗得到了蛋白質科學研究(上海)設施五線六站(BL19U2)李娜博士的指導,計算模擬實驗由上海科技大學劉婷婷博士完成,並得到了趙素文研究員的指導。本研究獲得了國家自然科學基金、資料生物學與動態化學教育部前沿科學中心、上海市科技重大專項、上海市科委國際合作專案、費林加諾貝爾獎科學家聯合研究中心博士後創新人才支持計畫、上海市超級博士後基金資助。

資料標籤: 振動 科學 科普
本文標題: Chem報導華東理工“振動誘導發光”機制精准探測流感病毒的研究新進展
永久網址: https://www.laoziliao.net/doc/1656002633878054
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