组蛋白乙酰化转移酶(histone acetyltransferase,HAT)和去乙酰化酶(histone deacetylase,HDAC)调控的乙酰化修饰水平在表观遗传中起着关键的作用,与细胞染色体结构的支撑及核内转录调节因子的激活息息相关。最近还发现蛋白质乙酰化修饰对代谢通路具有高度的调控作用。多项研究表明组蛋白乙酰化水平的失调可能会诱发肿瘤、癌症及和代谢通路相关的疾病。因此,开发检测乙酰化相关酶活性和筛选其抑制剂的新方法将极大地促进基因转录的生化研究,并为抗癌药物的发现和相关疾病的预防与治疗提供新的依据与思路。传统检测组蛋白乙酰化相关酶活性的方法多依赖于放射自显影法及放射性同位素标记法,但因放射性物质的危害而受到极大的限制。进而开发了一系列依靠酶联免疫吸附的方法用于非均相检测乙酰相关酶活性,但其仍存在一些缺陷,如抗体批次与批次之间的差异、标记抗体的高成本及制备修饰纳米材料探针的复杂性等。因此,设计简易的免抗体策略来检测组蛋白乙酰化相关酶的活性是目前科研工作者关注的焦点。基于上述考虑,综合已报道的文献,本论文利用各种生物纳米材料的独特性质,包括金纳米颗粒、碳纳米管、石墨烯、磁性纳米颗粒和光致发光稀土配合物等,构建了多种新颖的乙酰化相关酶活性的免抗体识别检测方法。具体细节如下:1.基于乙酰化作用阻碍肽链端解酶降解和纳米材料的超淬灭能力,开发了一种免抗体识别的荧光传感器用于乙酰化转移酶活性的检测。这一章中我们首次发现并证明了乙酰化的多肽能抑制羧肽酶(一种肽链端解酶)的降解作用。将上述作用的产物与纳米淬灭剂发生吸附作用拉近后,则多肽上标记的荧光基团淬灭;而未乙酰化的底物可被羧肽酶降解,从而释放荧光基团,难以与淬灭剂吸附,荧光恢复。同时,我们对三种纳米淬灭剂与底物多肽和乙酰化后的多肽经羧肽酶水解后产物的吸附能力进行了综合比较,即石墨烯氧化物、单壁碳纳米管和金纳米颗粒。研究发现石墨烯氧化物展现出最佳的区分性能。通过综合乙酰基抑制羧肽酶的降解和石墨烯氧化物的淬灭能力,构建了一个高灵敏的乙酰化转移酶生物传感器,最低可检测浓度为1n M,线性范围浓度从2.5至100n M。与现有的基于乙酰化特异性抗体识别的方法相比,我们的系统对乙酰化转移酶的检测具有成本低、无需复杂修饰的特点,并且克服了抗体的稳定低、通用性差、批次差异、较差反应等缺陷。2.利用一种最新报道的同时具有石墨烯的吸附、淬灭荧光性质和磁性颗粒磁化分离富集特点的新型核-壳层磁性石墨纳米胶囊材料,并与上一章中发现的酶解抑制机理相结合,构建了基于磁性石墨纳米胶囊磁化富集淬灭的传感器用于乙酰化转移酶的检测。由于磁性石墨纳米胶囊的磁化分离特性,其与石墨烯氧化物相比,展现了更加强大的优势,可进一步改进上一章中的传感性能,显著提高信号背景比和灵敏度、降低检测限。该传感器对乙酰化转移酶活性分析的最低检测限可低至0.1 n M,还可评估在细胞裂解液等复杂体系中添加检测乙酰化转移酶的活性。因此该方法为均相免抗体识别策略提高响应信号的灵敏度提供了新的材料应用和解决办法。3.我们模拟细胞核内蛋白质乙酰化调节组蛋白/单链DNA的相互作用,开发了一种新型免抗体识别的生物传感平台检测乙酰化相关酶的活性。标记有荧光基团FITC的多肽探针发生乙酰化作用,赖氨酸位点修饰上了乙酰基,多肽电荷从正电性变为中性,其与带有负电性的富含鸟嘌呤单链DNA的结合能力也随之降低,导致原来未发生乙酰化作用时可聚集自淬灭的FITC标记的多肽/单链DNA探针解离,荧光恢复。该荧光传感方法可以实时的检测乙酰化转移酶和去乙酰化酶的活性,检测限分别为0.1 n M和1 n M。该荧光传感系统最大的优势体现在可分别对两种酶实现实时分析,因此为进一步构建通用的乙酰化转移酶和去乙酰化酶检测的生物传感平台提供了新的思路。4.利用单链DNA敏化铽离子光致发光的稀土配合物,开发了一个新颖且无需标记的时间分辨生物传感平台用于乙酰化相关酶活性的实时监测。底物多肽乙酰化作用后,电荷性质被改变,进而减弱其与富含鸟嘌呤单链DNA的结合能力而被铽离子替换,产生了敏化铽离子的磷光信号。相比上一章中的方法,由于铽离子的引用作为磷光信号不仅实现了免标记传感分析,还克服了传统荧光传感器的缺点,该时间分辨传感器具有长寿命及去除自荧光和其它背景信号干扰的特点,因此可显著提高信倍比和选择性等响应性能。该方法对乙酰化转移酶的最低检测限可低至0.05 n M,线性范围浓度从0.2到100 n M,还可用于其实时的活性分析。另外,可成功用于评估两种乙酰化转移酶抑制剂漆树酸和C646的抑制能力,其较高的Z’因子值说明了该策略高通量筛选的可行性。通过研究,还发现利用适当的方法除去He La细胞裂解液中潜在的干扰物,可成功用于复杂样品中乙酰化转移酶的添加分析。此外,对去乙酰化酶催化的去乙酰化反应也能够进行实时检测。总之,该时间分辨传感器为乙酰化相关酶疾病的临床诊断和抗癌药物的筛选提供了有益手段。