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目前,人类对疾病威胁、环境污染及食品安全等问题的关注度日益提高,特别是人类健康问题。为了解决日益增长的社会焦点问题,分析化学成为了21世纪生命科学和纳米科技等研究领域发展的关键,这对科研工作者提出了更高要求。近年来,随着生物学、蛋白质组学和免疫学等交叉学科的发展,提出了一类能够影响细胞生长、改变细胞结构或功能并诱导疾病发生的有关标志物,即生物标志物。生物标志物能反应机体的病理过程,对于疾病早期诊断与预防、药物靶点确定及预后监测等方面都扮演着至关重要的角色。因此,迫切需要构建出一些简单实用、快速灵敏、放大效率高和特异性强的生物传感器。无酶参与的杂交链反应由于可在等温环境下进行简便操作,且放大效率高、特异性强,因而被广泛应用于生物传感、生物成像和生物医学领域,包括核酸与蛋白检测、活细胞成像和靶向药物输送。本论文基于蛋白支架DNA纳米四分体介导的杂交链反应,发展了新型的生物传感方法用于端粒酶及尿嘧啶-DNA糖基化酶的高效灵敏检测。本论文的具体研究内容如下:端粒酶(Telomerase)是DNA复制过程、维持染色体稳定及肿瘤生成的重要影响因素之一。高效的核酸输送平台对生物成像和基因调节具有重要意义。第2章中,我们发展了一种重组融合链霉亲和素(SA)新型蛋白支架DNA纳米四分体介导的交联杂交链反应(cHCR)用于高效核酸输送及活细胞端粒酶成像。重组SA蛋白融合了SV40 NLS和NES,并在大肠杆菌中得以表达。重组NLS-SA蛋白通过非共价作用与生物素化的四条DNA探针组装,形成结构可控的DNA四分体纳米粒子。该DNA纳米四分体由陷窝蛋白依赖的内吞途径被细胞摄取进入细胞质,具有高效的溶酶体逃逸能力,因而可增强核酸探针的输送能力。再者,该DNA纳米四分体实现了体外及胞内端粒酶响应的cHCR组装,为端粒酶的超灵敏检测与空间分辨率成像提供了有利工具,检测限为90 cells/mL。此外,活细胞成像荧光强度与端粒酶活性及其抑制剂浓度呈动态相关关系。因此,该方法有望为核酸输送和活细胞生物标志物成像提供一个高效的检测平台。尿嘧啶-DNA糖基化酶(Uracil-DNA glycosylase,UDG)是最重要的碱基切除修复酶之一,能够切除DNA链上具有遗传毒性的尿嘧啶碱基,在维持基因组完整性方面起着重要作用。目前所报道的一些UDG检测方法由于缺乏信号放大功能,限制了对低丰度UDG的快速灵敏检测。第3章中,我们构建了一种蛋白支架DNA纳米四分体介导的cHCR用于UDG活性快速灵敏检测的新方法。SA蛋白通过非共价作用与生物素化的四条DNA探针组装,形成蛋白支架的DNA四分体纳米粒子。DNA纳米四分体能够实现对UDG的高特异性响应,并形成3D交联凝胶状DNA产物,实现对UDG的高灵敏检测。此外,通过H1、H2探针共组装,构建临近杂交体系,提高DNA探针的局部浓度,从而提升cHCR反应效率,缩短反应时间。该方法对UDG的最低检测限为0.0013 U/mL,优于目前已报道的方法。因此,该方法有望为UDG的活性分析检测及其活细胞成像、相关药物制剂筛选提供一个简便、快速、灵敏的分析平台。