引言
金纳米颗粒(AuNPs)具有独特的化学和光学性质，基于AuNPs已开发出多种生物应用。蛋白质、多肽和核酸通常与AuNPs相连，用于治疗、诊断和生物传感，所有这些应用的核心是如何将生物分子固定在AuNP表面。目前，每种生物分子都需要不同的偶联策略，这些策略高度依赖于生物分子上存在的功能基团，因此需要开发更通用的偶联策略。 成果简介 近日，加州大学伯克利分校Matthew B. Francis教授在JACS上发表了题为“Enzyme Activated Gold Nanoparticles for Versatile Site-Selective Bioconjugation”的研究论文，报道了一种酶激活的构建蛋白-AuNP和DNA-AuNP的新方法。该方法依赖于AuNPs与酚类的初始功能化，随后酚类被酪氨酸酶激活，通过氧化偶联反应，活化后的酚功能基团能够与含有脯氨酸、硫醇或苯胺官能团的蛋白质偶联。 图文解读 图1氧化偶联反应。多种氧化剂可将苯酚基部分氧化成邻醌类中间体(绿色)。这些中间体可以与胺基和硫醇基亲核试剂继续发生反应。 图2 AuNPs上单分子层的形成。金纳米颗粒(5 nm)被(A)硫醇-PEG5k-苯酚或(B)硫醇-PEG2k -甲氧基功能化形成单分子层。通过DLS确定了单分子层的形成，其中粉红色的线对应于BSPP稳定的5 nm AuNPs，蓝色的线对应于酚或甲氧基功能化的AuNPs。 图3 蛋白质与苯酚-AuNPs的偶联。(A) 苯酚-AuNPs与含(B)半胱氨酸残基或(C)N端脯氨酸的蛋白偶联。通过琼脂糖凝胶电泳证实只有当酪氨酸酶(abTyr, 200 nM)存在时，蛋白质才能够被连接到AuNPs上。 图4 DNA与苯酚-AuNPs的偶联，同时通过凝胶电泳和DLS对结果进行表征。(A)商用硫醇-DNA与苯酚-AuNPs的偶联。(B)琼脂糖凝胶电泳表明，不同浓度的硫醇- DNA都可以和AuNPs成功连接。AuNP的浓度为400 nM。(C) DNA-AuNP连接复合物的DLS结果显示，只有在硫醇-DNA和酪氨酸酶(abTyr, 200 nM)存在的条件下，才会发生氧化偶联反应导致AuNP直径的增加。(D)随后通过与40-nt的互补DNA杂交进一步证实氧化偶联反应成功。 图5 溶液中氧化偶联反应的一个主要特征是它与天然和非天然氨基酸的反应效率都较高。因此，作者探索了AuNP与苯胺功能化的烟草花叶病毒衣壳蛋白(cpTMV-S65pAF)的偶联(A)。(B) 琼脂糖凝胶电泳表明不同浓度的cpTMV-S65pAF均能够与AuNP成功连接，而不含苯胺残基的TMV不能与AuNP发生连接。(C) DLS实验证实当不存在酪氨酸酶、苯酚-AuNP或含苯胺的TMV时无法发生偶联。只有当酪氨酸酶、苯酚-AuNP和cpTMV-S65pAF同时存在时才能形成cpTMV-AuNP复合物。(D) OG488马来酰亚胺与cpTMV-S65pAF的半胱氨酸残基连接形成cpTMV-S23C-S65pAF-OG488，随后再与苯酚-AuNP偶联并通过凝胶电泳和荧光测量进行表征。结果表明cpTMV-S23C-S65pAF-OG488与AuNPs偶联后荧光被淬灭。 总结与展望 本工作中作者首次提出了通过酶激活AuNP表面构建生物分子-AuNP复合物的方法。这种位点特异的氧化偶联反应能够将DNA和蛋白质连接到AuNPs上，具有普适性，是一种快速、高效构建生物分子-AuNP偶联物的新方法。 文献链接 https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.0c11678 团队简介 Matthew B. Francis, 加州大学伯克利分校化学系教授，该课题组的研究方向为开发新的合成方法来构建纳米材料。其核心策略是将新的功能部件连接在结构蛋白的特定位置上，然后将这些复合物自组装成具有电子和生物功能的新型材料。 编辑：陈朋飞 审核：王苗 推送：章振华
