【摘要】：膠原蛋白是人體含量最高的蛋白質(zhì),它在調(diào)控細胞的分化、粘附和遷移,組織再生以及新細胞形成等基本生命活動中扮演關(guān)鍵角色,同時,它的病變與成骨不全癥、關(guān)節(jié)炎、血栓癥和癌癥等多種疾病息息相關(guān)。因此,建立膠原蛋白的高效檢測方法,對相關(guān)疾病的診斷和治療具有重要意義。膠原蛋白作為天然的生物資源,具有合成材料無可比擬的生物活性、生物相容性、生物可降解性和低免疫原性等優(yōu)點,因此在組織工程和藥物輸送等領(lǐng)域廣為應(yīng)用。天然膠原蛋白存在純化成本高、分子量難以控制以及病毒污染隱患等嚴重缺陷,因此,亟需建立仿生天然膠原蛋白的新策略。本論文旨在開發(fā)膠原蛋白的高效檢測方法,并構(gòu)建仿生膠原蛋白結(jié)構(gòu)與功能的新型多肽材料,主要內(nèi)容如下:1)WS_2/MoS_2二維材料結(jié)合DNA探針分子的傳感器已廣泛應(yīng)用于生物樣品的檢測,開發(fā)WS_2/MoS_2二維材料結(jié)合其它生物分子探針的新型傳感器在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有巨大潛力。我們利用特殊設(shè)計的多肽熒光探針,構(gòu)建了WS_2/MoS_2結(jié)合多肽探針的生物傳感器,成功用于膠原蛋白片段的高靈敏檢測。這個平臺為構(gòu)建WS_2/MoS_2聯(lián)合其它生物分子探針的生物傳感器提供了新的思路。2)膠原蛋白包含大量帶電荷的氨基酸,因此,檢測帶電荷的膠原蛋白片段對膠原相關(guān)疾病的解析具有重要意義。我們利用TPE修飾的多肽三聚體探針和氧化石墨烯平臺,實現(xiàn)對帶電荷膠原多肽的高效檢測。這個方法可用于指導(dǎo)構(gòu)建新型的聚集誘導(dǎo)發(fā)光生物傳感器,通過整合聚集誘導(dǎo)發(fā)光染料修飾的多肽探針和氧化石墨烯,實現(xiàn)對重要蛋白標(biāo)記物的高特異性檢測。3)膠原蛋白的單氨基酸突變導(dǎo)致成骨不全癥等一系列的嚴重疾病,然而,蛋白質(zhì)的單一氨基酸突變目前仍然缺乏有效的檢測方法。我們設(shè)計了兩種不同類型的多肽熒光探針,可以在nM水平精準的測定不同類型的甘氨酸突變。我們的方法首次實現(xiàn)了對膠原片段單一氨基酸突變的檢測,對成骨不全癥的致病機理研究和檢測方法開發(fā)具有重要意義。4)Ⅰ型膠原蛋白的異源肽鏈組成和納米纖維組裝結(jié)構(gòu)對其生理功能至關(guān)重要,然而目前僅成功利用同源三聚體膠原多肽來制備膠原蛋白仿生材料。我們成功構(gòu)建了異源三聚體膠原多肽,可以在鑭系離子的介導(dǎo)下,自組裝形成發(fā)光的納米纖維。我們設(shè)計的自組裝異源三聚體膠原多肽,可以更好的仿生天然膠原蛋白的肽鏈組成,為研究膠原蛋白的相互作用以及致病機制,提供了新的機遇。5)目前膠原多肽仿生材料的研究主要集中于模擬天然膠原蛋白的纖維形貌,功能方面的仿生研究非常缺乏。我們在特殊設(shè)計的膠原多肽序列中加入功能序列GFOGER,不僅可以形成天然膠原的纖維結(jié)構(gòu),而且具有良好的細胞粘附性能。我們構(gòu)建的膠原多肽-鑭系離子體系,為制備同時具有良好形貌和生物學(xué)功能的膠原多肽仿生材料提供了一個高效的策略,在組織工程和藥物傳輸領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。6)膠原蛋白的突變導(dǎo)致成骨不全癥的病理機制非常復(fù)雜,包括單體的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性、組裝體的形貌和功能等。我們構(gòu)建了一個自組裝膠原多肽體系,可以同時解析膠原蛋白突變對熱穩(wěn)定性、二級結(jié)構(gòu)、組裝和功能的影響。我們發(fā)現(xiàn),甘氨酸突變破壞了膠原多肽的三重螺旋結(jié)構(gòu),導(dǎo)致其錯誤組裝以及活性喪失。該體系為多層面研究成骨不全癥的分子機制提供了新的平臺。
【圖文】：

酸不同的化學(xué)結(jié)構(gòu)，它們的側(cè)鏈與主鏈氮原子共價結(jié)合基酸的側(cè)鏈取代了自身氨基上的一個氫原子形成環(huán)狀結(jié) N 原子之間的鍵不能自由旋轉(zhuǎn)，因此，，它們的存在會促形成。研究發(fā)現(xiàn)，富含脯氨酸和羥脯氨酸的膠原多肽序結(jié)構(gòu)[17-18]。白的三重螺旋結(jié)構(gòu)不能形成 α 螺旋或 β 折疊結(jié)構(gòu)，目前已發(fā)現(xiàn)的 28 種膠素，即三重螺旋結(jié)構(gòu)。它是由三條具有 Polyproline II 螺相互纏繞成繩狀而形成的右手超螺旋結(jié)構(gòu)。三條肽鏈的也可以兩條相同而另一條不同，或者三條完全不同，這三條肽鏈的相對位置存在差異，每條肽鏈之間交錯一個可以分為先導(dǎo)鏈、中間鏈和滯后鏈。膠原蛋白的三重螺基酸殘基，螺距為 2.86 nm；而對于單獨的 α 鏈而言， 3.33 個氨基酸殘基，如圖 1-1 所示[20]。

究生學(xué)位論文 膠原蛋白的靶向微纖維。隨后，微纖維相鄰錐形端之間的橫向聯(lián)系促進微纖絲本身與其他細胞外生物分子的相互作用介導(dǎo)了微步聚集成束，最后形成結(jié)締組織。結(jié)締組織的穩(wěn)定性和(包括糖蛋白、蛋白聚糖等)得到增強，并通過膠原交聯(lián)進自組裝過程產(chǎn)生了多層膠原纖維結(jié)構(gòu)，最終產(chǎn)生肌腱組到骨骼的強大能力。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O657.3;TP212.3;R446.1


本文編號：2600234