钼多金属氧簇对HPV衣壳蛋白的识别及体外组装调控研究
多金属氧簇（POMs）是具有特殊三维结构的过渡金属-氧纳米簇，主要是由高氧化态（通常为d0或d1）的第ⅤA和第ⅥA金属（以V，Mo和W为主，Nb和Ta较少见）制成的纳米级金属氧化物，其尺寸在0.8nm至6nm之间。POMs具有良好的水溶性、氧化还原性和热稳定性，这些性质使得它们在催化、分子磁性、生命科学、可持续能源、电子、传感器、放射性核素捕获等领域具有许多实际和潜在的应用。 含钼多金属氧簇是一种高价钼混合的巨型团簇，它们表面带有大量的负电荷，由不同价态的钼原子所组成。我们选取的研究对象是球形(NH4)42[Mo132O372(CHCOO)30](H2O)72（缩写为[Mo132]）和钼家族衍生物数量最多的巨型盘状Na15[Mo154O462H14(H2O)70]·400H2O（缩写为[Mo154]）。[Mo132]是一种直径为2.9nm的钼棕色Keplerate阴离子，包含132个Mo原子，其中72个Mo处于Mo(VI)，其余60个Mo处于Mo(V)。[Mo154]是一种自身处于还原态的大型阴离子簇，单个的[Mo154]的直径约为3.6nm，由于范德华引力和静电排斥作用力[Mo154]会在水溶液中形成囊泡状的空心球，因此它具有很强的自组装能力。[Mo154]在808nm近红外激光照射下，可将光能转化为热能，达到光热治疗的效果。 人乳头瘤病毒（HPV）是一类小且无包膜的DNA病毒，其遗传物质是由环状的双链DNA组成，通过在皮肤和粘膜中的感染复制引起病变。包裹病毒基因组的蛋白质被称为衣壳蛋白，它们负责将病毒的遗传物质安全运输并递送到宿主细胞中。HPV的表面被L1和L2两种衣壳蛋白包被，L1是主要衣壳蛋白，它的分子量约为53kDa，由五个单体形成一个五聚体（L1-p），再由72个L1-p在病毒成熟时为其提供完整的病毒结构。即使在体外或者无DNA参与的情况下，L1蛋白也可自发地由72个L1-p组装成类病毒颗粒（VLPs）。由于衣壳蛋白在病毒感染和复制的过程中，尤其是在病毒生命周期的后期发挥着关键作用，所以其在新型抗病毒制剂的研发中很有研究意义。由HPV引发的癌症有多种，包括宫颈癌、外阴癌、阴道癌，阴茎癌，肛门癌，直肠癌和口咽癌等。目前市场上所售的预防性HPV疫苗都是由HPV主要衣壳蛋白L1合成的类病毒颗粒VLPs为主要原料制成的，其稳定性差、价格很昂贵，无法在全世界范围内普及。 本论文分别针对[Mo132]、[Mo154]与HPV的主要衣壳蛋白L1的识别和组装展开两部分研究： 一、[Mo132]对HPV16L1-p和VLPs相反的颜色响应：[Mo132]不稳定，在有氧和自然光照射的条件下显示弱的减色效应。（1）将L1-p与[Mo132]混合后，在相同条件下它可加速[Mo132]的减色效应，这主要归因于两者的静电相互作用促进了Mo(V)到Mo(VI)的转化。将L1-p组装形成VLPs后，又会引起[Mo132]的颜色恢复，这表明它们之间存在可逆的弱相互作用。（2）将已组装好的VLPs与[Mo132]混合后，它可以有效阻止[Mo132]的减色。本章研究提出了一种简单快速且直接评估HPV衣壳蛋白存在状态的比色方法，该方法还可能扩展到其它种类的含Mo多金属氧簇，有望成为未来HPV疫苗的质量检测方法。本章利用CsCl梯度离心、十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）、动态光散射（DLS）、透射电子显微镜（TEM）成像、紫外-可见（UV-vis）分光光度法和X-射线光电子能谱（XPS）等技术手段对上述过程和机理展开了详细研究。 二、[Mo154]与HPV16L1蛋白的组装调控及性能研究：我们利用HPV16L1与[Mo154]成功构建了两种新型杂合组装体，通过CsCl梯度离心来纯化组装体，SDS-PAGE来确定组装体中含有L1蛋白；利用DLS和TEM来确定组装体的尺寸以及元素分析（EDX）来确定组装体成分，这些结果都证明了L1-p与[Mo154]组装成功。后期通过DLS来检测组装体的热稳定性、酸碱耐受度和储存稳定性；通过细胞实验发现适宜浓度的[Mo154]在不损伤正常细胞的情况下可以对癌细胞产生杀伤作用；在上述过程中如果再辅以红外激光照射来进行光热治疗，可大幅度增强[Mo154]对癌细胞的杀伤作用。因此，该部分研究表明组装体的成功构建不仅提高了VLPs的稳定性，为提高疫苗的性能奠定了基础，而且还有效提高了[Mo154]杀伤癌细胞的能力，为进一步开发多金属氧簇作为抗癌药物提供了基础。
钼多金属氧簇;人乳头瘤病毒;衣壳蛋白;蛋白识别;组装调控
吉林大学
硕士
物理化学
吴玉清
2020
中文
R318.08
2020-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）