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研究生: 林冠宇
Lin, Kuan-Yu.
論文名稱: 離去基與立體效應在蛋白質標記探針的相互作用
The Interplay of Leaving Group and Steric Effect in Protein Labeling Probes
指導教授: 陳貴通
Tan, Kui-Thong
口試委員: 林俊成
Lin, Chun-Cheng
王宗興
Wang, Tsung-Shing
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 化學系
Department of Chemistry
論文出版年: 2019
畢業學年度: 107
語文別: 中文
論文頁數: 247
中文關鍵詞: 蛋白質標記探針配體導向螢光探針人類碳酸酐酶細胞成像癌細胞標記離去基
外文關鍵詞: Protein Labeling Probes, ligand-directed fluorescent probe, human carbonic anhydrase, hCA, cell imaging, cancer cell labeling, leaving Group
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  • 利用螢光探針在複雜的生物環境中保持優良選擇性和有效的標記內源性蛋白質到現在仍是具有挑戰性的。理論來說,擁有高度反應速率常數的生物相容性親電子基團對於確實的標記蛋白質來說是非常必要的。但是過高的反應性往往會表現出較低的穩定度和顯著的非特異性反應。在本實驗中,我們藉由在配體引導探針上引入新型的二氟苯基新戊酸酯作為反應親電子端來解決這些問題。探針在儲備溶液和緩衝溶液中是非常穩定的,並且因為二氟苯酚基團適當的pka和新戊酸酯基團的大空間阻位使探針對於酯酶催化水解有強大的抵抗能力。用不同的螢光團和蛋白質配體對探針進行修飾來有效標記細胞裂解物、血清和動物活體細胞中的不同靶蛋白,在含有高達7000倍非靶蛋白的環境下仍然可以達到6奈克的偵測極限。通過這種設計,基礎及缺氧環境下所誘導產生的碳酸酐酶同功酶可以使用活體細胞成像和凝膠螢光分析來揭示其特性及相對水平。我們相信這種二氟苯基新戊酸酯可以成為藥物發現、醫學診斷和基礎生物研究的重要工具。


    The selective and efficient labeling of native proteins with small molecules in complex biological environments remains challenging. Ideally, biocompatible electrophiles with large reaction rate constants are highly desirable for efficient protein labeling. However, too high of reactivity always result in low stability and significant nonspecific reactions. In this paper, we overcome this problem by introducing difluorophenyl pivalate as a novel reactive electrophile on ligand-guided protein labeling probes. The probes are stable in stock solutions, aqueous buffer and are resistant to catalytic hydrolysis by esterase owing to the moderate pKa of difluorophenol and the large steric hindrance by the pivalate group. The probes can be modified with diverse fluorophores and protein ligands to label selectively and efficiently different target proteins in cell lysates, blood serum and living mammalian cells, achieving detection limits as low as 6 ng protein in the presence of up to 7000-fold non-target proteins. With this design, the identity and relative levels of basal and hypoxia-induced carbonic anhydrase isozymes can be revealed by live cell imaging and in-gel fluorescence analysis. We believe that this difluorophenyl pivalate approach can become an important tool in drug-discovery, medical diagnosis and basic biology research.

    摘要 i Abstract: ii 謝誌 iii 第一章 緒論 1 1-1 蛋白質 1 1-2 蛋白質檢測方法 2 1-3 螢光探針 4 第二章 文獻回顧 5 2-1 利用基因工程標定蛋白質 6 2-1-1螢光蛋白 6 2-1-2 利用蛋白質或胜肽進行標記 7 2-1-3 利用生物正交化學來進行標記 8 2-2 螢光分子探針直接進行內源性蛋白質標定 10 2-2-1 利用生物共軛反應標記蛋白質 10 2-2-2 配體導向螢光探針 13 第三章 螢光探針設計構想 15 3-1探針的設計目的與構想 15 3-2 人類碳酸酐酶 16 第四章 實驗結果及討論 18 4-1 探針1~5的合成 18 4-2 探針1~5 的反應性及選擇性的測試 24 4-3 探針在高蛋白質濃度中的標記能力測試 28 4-3-1 探針6與7的合成 29 4-3-2 探針在血清中的標記測試 31 4-4 探針的穩定度測試 33 4-5 探針的反應動力學測試 37 4-6 探針之生物成像應用 40 4-6-1 探針8之合成 42 4-6-2 探針8之細胞顯影 43 4-6-3 標記活體細胞膜上的內源性蛋白質 44 4-6-4 標記與研究癌細胞在缺氧環境下表達的內源性蛋白質 49 4-6-5 標記內源性細胞內蛋白質 52 第五章 實驗結論 55 第六章 實驗部分 56 6-1 實驗藥品與器材 56 6-2 蛋白質的表現及純化 58 6-2-1 蛋白質表現 58 6-2-2 蛋白質純化 59 6-3 聚丙烯醯胺膠體電泳 60 6-3-1 膠片配方 60 6-3-2 膠體電泳實驗 61 6-4 動力學測試 62 6-5 細胞培養及細胞影像實驗 63 6-5-1 培養基及試劑 63 6-5-2 細胞繼代培養 63 6-5-3 細胞影像 64 6-6 西方墨點法 65 6-7 有機合成及光譜資料 67 第七章 參考文獻 121 附錄 126

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