单分子生物膜力学探针的搭建及其在生物大分子结构动态研究中的应用

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:haisheng1984
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近年来,单分子技术作为生命科学领域中重要的研究工具,为揭示复杂生命过程的分子机制开辟了新途径。单分子技术主要可分为单分子荧光和单分子操纵技术两大类。作为一类新型的单分子操纵技术,生物膜力学探针技术有着独特的优势,它不仅可以检测很微弱的相互作用,而且可以在单个活细胞上对膜蛋白进行原位动态检测,并且与其它技术的兼容性强,非常适合于研究生物大分子,特别是膜蛋白的动力学特性及信号转导过程的研究。本论文围绕这一目标,搭建了生物膜力学探针力谱系统,对该系统的各项参数进行了准确校正,最大程度上减小了仪器的系统误差。本论文所搭建的生物膜力学探针是国内第一台类似装置,目前国内已建成的另外两台生物膜力学探针(分别在浙江大学和普罗亭生物科技有限公司)都采用了本论文所采用的设计。随后利用该系统,我们对Syntaxin-1A的构象状态以及Munc18与Munc13的调控机制进行了研究。本论文研究内容和成果可归纳为以下几个方面:  首先,完成生物膜力学探针系统的光路搭建,根据系统要求对关键器件的技术参数选型,设计相关器件的装夹机械结构、样品室结构和水压调节系统,对载物台和系统整体空间结构进行布局设计。  其次,对搭建的力谱测量系统的各项参数进行标定,位移精度可达±3 nm、时间分辨率可达0.8 ms以及对红细胞弹性系数计算的准确性进行了论述,并利用双链DNA过度拉伸实验检验系统的基本力学参数。  最后,利用生物膜力学探针单分子力谱技术对Syntaxin-1A的构象状态以及Munc18与Munc13的调控机制进行了研究,并把双链DNA引入Syntaxin的研究中,作为单个分子标签,剔除多分子数据,减少非特异性相互作用,对数据标进行准化处理,减小误差。我们发现,在Syntaxin单独存在的条件下,Habc与H3不会结合,即自由状态的Syntaxin处于开放构象状态。而只有在Munc18存在时,Habc与H3可以在Munc18的协助下结合使Syntaxin处于闭合构象。而且在没有其他SNARE蛋白的协助下,被Munc18稳定的Syntaxin闭合构象不能单独由Munc13打开。我们的结果表明在囊泡待发状态时,SNARE复合体的形成是在Munc13攻击Syntaxin/Munc18复合物的同时开始的,Munc13促进了 Syntaxin与SNAP-25和VAMP2的初始结合。
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