量子点标记技术与原子力显微镜相结合的单分子相互作用研究

原子力显微镜（Atomic Force Microscopy, AFM）作为单分子研究工具，可用于生物分子相互作用研究。但是对于多蛋白复合体，AFM成像不能区分不同的蛋白质分子，需要在特定蛋白上引入特异性标记。而量子点作为纳米材料构成的硬质球体，具有较低的压缩性，因而可以在AFM成像中形成较强的拓扑信号。北卡罗莱纳大学Bennett Van Houten课题组，将量子点标记DNA损伤修复蛋白—UvrB，利用原子力显微技术，精确分析了UvrB与UvrA以及UvrB与DNA之间的相互作用特性，为多蛋白复合体相互作用研究提供了新的方法。

Hong Wang等采用抗体三明治方法将量子点（Quantum dots, QDs）与UvrB偶联。首先在UvrB表达蛋白末端加上HA标签，然后以HA单抗作为接头蛋白，最后与量子点标记的二抗进行偶联，从而获得量子点标记的UvrB（UvrB-QD）（图1）。该方法中，HA标签及其抗体，可增加UvrB和QD之间的距离，从而避免量子点形成空间位阻，不会影响UvrB与其他蛋白和DNA的相互作用。另外，虽然也可采用生物素化的HA抗体与链霉亲合素偶联的量子点进行标记，但是，每个HA抗体上有多个生物素，进而通过链霉亲合素而偶联多个量子点，最终导致聚集，不利于单分子分析，因而该方法不适合本项研究。

利用AFM和基于琼脂糖的凝胶阻滞实验（EMSA），研究者明确，与量子点偶联的UvrB仍然保持了与UvrA的相互作用，以及对DNA损伤的识别功能。同时，利用量子点在AFM中独特的拓扑信号（图2），分析了UvrB在DNA损伤缺口的特异性结合，这是其他生化分析无法实现的。上述方法也可用于其它蛋白质分子的研究，对于发展基于量子点标记技术的蛋白质及DNA相互作用研究具有重要意义。

图1 量子点标记UvrB的模式图。

图2量子点及其标记物的原子力显微镜分析。

（A）量子点标记二抗；（B）量子点标记二抗与HA单抗的偶联物；（C）量子点标记二抗、HA单抗、UvrB的偶联物；（D）量子点标记二抗、HA单抗、UvrB、UvrA的偶联物。

文献来源：

Wang H, Tessmer I, Croteau DL, Erie DA, Van Houten B. Functional characterization and atomic force microscopy of a DNA repair protein conjugated to a quantum dot. Nano Lett. 2008;8(6):1631-7.