Small:基于单层二硫化钼的光学显微成像平台用于蛋白-小分子相互作用研究

生物分子相互作用在生命系统中普遍存在,并具有高度的特异性、目的性和有效性。对生物分子间相互作用的研究有利于我们在分子尺度上认识和理解各种生物活动。在新药研发过程中,对候选药物与靶蛋白之间结合动力学的测定也是其中的关键步骤之一。为了测量结合动力学,特别是小分子配体和靶蛋白的结合过程,通常需要结合荧光或放射性标记等手段。然而,标记可能对蛋白的活性以及相应的结合动力学造成影响。目前,以表面等离基元共振、石英晶体微平衡以及背向散射干涉技术为代表的免标记方法已经被应用于生物分子相互作用研究中,但它们的检测灵敏度均与配体质量相关,从而限制了他们在小分子相互作用体系的应用。因此,发展新的方法用于小分子相互作用研究仍然很有必要。

南京大学朱俊杰教授课题组和南京医科大学陈芸教授课题组利用二维纳米材料单层二硫化钼,构建了一种新型光学显微成像平台用于蛋白-小分子的结合动力学研究。该方法基于单层二硫化钼光学信号对电荷的超灵敏响应,当带电分子与基底蛋白相互作用时,不同电位处的光学调制结果会发生一定的偏移,其偏移量与结合分子的量直接相关。通过对结合过程中光学信号的实时记录,并经过相关计算,就可以得到结合过程的结合速率常数、解离速率常数以及解离平衡常数等动力学参数。利用该方法,他们对野生型abl1以及突变的abl1激酶与不同小分子抑制剂的结合过程进行了测定,并得到了相应的动力学常数。此外,得益于光学显微平台的成像能力,他们通过对每个像素结合动力学参数的拟合,得到了反映局域结合过程的动力学分布图。他们还对钙调蛋白与钙离子的结合过程进行分析,进一步拓宽了方法的应用范围。

本工作基于单层二硫化钼构建了一种免标记的光学成像平台,用于小分子相互作用研究,具有较高的灵敏度、较好的特异性以及相对较低的检测限。与传统的质量响应型分析方法不同,该技术依赖于目标物的电荷变化,因此特别适用于蛋白-小分子以及蛋白-金属离子的相互作用研究。该方法可以区分单位点突变激酶与其抑制剂之间的结合差异,在分子相互作用的功能分析以及药物机制研究中显示出潜在的应用价值;此外,对局域结合动力学的成像分析,为界面结合过程的研究以及高通量的药物筛选提供了新的可能。

本工作的第一作者是南京医科大学药学院师资博士后朱浩,同时本工作得到了南京大学化学化工学院陈子轩副教授的帮助和支持。本工作国家自然科学基金(22104062)以及中国博士后科学基金(2021M691638)等项目的资助。

论文信息:

Affinities and Kinetics Detection of Protein–Small Molecule Interactions with a Monolayer MoS2-Based Optical Imaging Platform

Hao Zhu, Zixuan Chen, Yun Chen*, Jun-Jie Zhu*

Small

DOI: 10.1002/smll.202202622

原文链接:https://doi.org/10.1002/smll.202202622