基于DNA纳米装置光控细胞行为的研究

论文摘要

细胞信号传导网络调节各种基本生理过程,包括发育、体内平衡和组织修复。当外界环境发生变化时,配体介导细胞膜表面受体发生活化,随后通过细胞内转导和扩增信号发生特定细胞行为（例如分泌,运动,生长,分裂或死亡）响应这种变化。为了通过特定细胞信号传导途径精确调节细胞行为,光学激活已成为在高时空分辨率水平上控制细胞功能的有力工具。目前已经开发了光遗传学工具来调控细胞行为,这些光遗传学工具通过将光响应受体引入细胞中,实现针对不同细胞行为的细胞信号的时空精确控制。然而大部分的光控体系存在以下缺陷:a)需要遗传改造受体,b)用于调控的光大多数是对细胞有损伤的紫外光,c)缺乏深层组织的穿透性。上述缺点限制了光遗传学在包括组织修复在内的体内应用。本文中,我们构建了一种近红外光激活DNA激动剂（NIR-DA）纳米装置,成功实现对活体深层组织内的细胞信号、表型和行为的精准调控。上述NIR-DA纳米装置是由基于核酸适配体的DNA激动剂与金纳米棒（AuNRs）组装而成。在近红外光作用下,AuNRs的局域表面发生等离子体共振（LSPR）光热效应,释放并激活DNA激动剂。被激活的DNA激动剂使DNA修饰的嵌合或天然受体酪氨酸激酶（RTK）在细胞表面上二聚化并激活细胞下游信号转导,从而改变细胞表型,控制细胞的行为。最后,该研究应用NIR-DA系统在小鼠体内实现了对RTK信号转导途径的光学激活,引发骨骼肌组织内的卫星细胞发生迁移、增殖和分化,促进骨骼肌再生。具体内容如下:1.近红外光激活DNA激活剂的纳米装置用于调控嵌合受体细胞的行为。本章我们通过非遗传工程设计了一对基于aptamer的DNA-蛋白嵌合受体,近红外光照射AuNRs@DA释放DNA激活剂调控嵌合肝细胞生长因子受体MET二聚化来控制信号传导进而调控细胞行为。我们实验证明了近红外光照射AuNRs@DA释放并激活DNA激动剂。被激活的DNA激动剂使DNA修饰的嵌合受体酪氨酸激酶（RTK）在细胞表面上二聚化并激活细胞下游信号转导,从而改变细胞表型,控制细胞的骨架重塑、细胞极化和定向迁移等行为。2.近红外光激活DNA激活剂的纳米装置用于调控天然受体细胞的行为。为了在复杂的组织内对靶细胞上的受体直接进行调控,本章我们构建了一个直接调节天然MET受体的NIR-DA系统。我们实验证明了近红外光照射AuNRs@DAMET释放并激活DAMET激动剂。被激活的DAMET激动剂直接调控天然受体酪氨酸激酶（RTK）在细胞表面上二聚化并激活细胞下游信号转导,在深层组织中控制细胞定向迁移的行为。3.近红外光激活DNA激活剂纳米装置用于组织修复。在上章中,我们证明了构建的NIR激活的DAMET纳米装置能在深层组织中调控细胞的行为。本章我们使用了NIR-DA系统调控MET信号传导和动物细胞行为。通过研究我们证明了NIR-DA系统在小鼠体内实现了对RTK信号转导途径的光学激活,引发骨骼肌组织内的卫星细胞发生迁移、增殖和分化,促进骨骼肌再生。NIR-DA系统为诸如再生医学之类的目的提供了用于外源性调节深部组织的强大且通用的平台。

论文目录

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 核酸概述

1.1.1 脱氧核糖核酸

1.1.2 核酸适配体

1.2 纳米材料载体概述

1.2.1 贵金属纳米材料

1.2.2 碳纳米材料

1.2.3 量子点

1.2.4 其他纳米材料

1.3 细胞信号传导概述

1.4 光遗传学概述

1.5 本文构思

第2章近红外光激活DNA激动剂纳米装置用于调控嵌合受体细胞的行为

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 试剂与仪器

2.2.2 AuNRs的合成

2.2.3 用于嵌合受体的DNA激动剂功能化AuNRs

2.2.4 用于嵌合受体的DNA激动剂功能化AuNRs的光热性能

2.2.5 用于嵌合受体的DNA激动剂功能化AuNRs的光热释放

2.2.6 凝胶电泳

2.2.7 细胞培养

2.2.8 细胞毒性

2.2.9 细胞成像

2.2.10 流式细胞术

2.2.11 免疫印迹实验

2.2.12 细胞骨架重排

2.2.13 细胞极化

2.2.14 细胞散射运动

2.2.15 细胞定向迁移

2.3 结果与讨论

2.3.1 用于嵌合受体的DNA激动剂功能化AuNRs纳米装置的构建

2.3.2 NIR光激活DNA激动剂用于诱导嵌合受体二聚化

2.3.3 NIR光激活DNA激动剂用于激活下游信号转导

2.3.4 NIR光激活DNA激动剂用于调控嵌合受体细胞行为

2.4 本章小结

第3章近红外光激活DNA激动剂纳米装置用于调控天然受体细胞的行为

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 试剂与仪器

3.2.2 AuNRs的合成

3.2.3 用于天然受体的DNA激动剂功能化AuNRs

3.2.4 用于天然受体的DNA激动剂功能化AuNRs的光热释放

3.2.5 凝胶电泳

3.2.6 细胞培养

3.2.7 免疫印迹实验

3.2.8 细胞散射运动

3.2.9 细胞定向迁移

3.3 结果与讨论

3.3.1 用于天然受体的DNA激动剂功能化AuNRs纳米装置的构建

3.3.2 NIR光激活DNA激动剂用于激活天然受体二聚化

3.3.3 NIR光激活DNA激动剂用于调控天然受体细胞行为

3.4 本章小结

第4章近红外光激活DNA激动剂纳米装置用于组织修复

4.1 前言

4.2 实验部分

4.2.1 试剂与仪器

4.2.2 细胞培养

4.2.3 细胞增殖

4.2.4 划痕实验

4.2.5 近红外光激活DNA纳米装置的稳定性分析

4.2.6 动物研究

4.2.7 免疫组化

4.2.8 组织病理学评估

4.3 结果与讨论

4.3.1 NIR光激活DNA激动剂纳米装置用于体外伤口愈合

4.3.2 NIR光激活DNA激动剂纳米装置用于体内组织修复

4.4 本章小结

总结

参考文献

附录攻读学位期间所发表的学术论文目录

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王苗

导师: 聂舟

关键词: 金纳米棒,适配体,纳米装置,二聚化,酪氨酸激酶

来源: 湖南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,材料科学

单位: 湖南大学

分类号: Q25;TB383.1

DOI: 10.27135/d.cnki.ghudu.2019.002741

总页数: 73

文件大小: 4014K

下载量: 12

基于DNA纳米装置光控细胞行为的研究

论文摘要

论文目录

文章来源

相关论文文献

猜你喜欢