一种Aβ荧光探针动态荧光光谱的表征系统及方法技术方案

本发明专利技术提出了一种Aβ荧光探针动态荧光光谱的表征系统及方法，属于蛋白检测领域。本发明专利技术一种Aβ荧光探针动态荧光光谱的表征系统及方法，基于多尺度模拟的方法，采用量子化学计算、分子对接和分子动力学模拟以及量子力学/分子力学计算相结合的技术路线，实现精准、快速的Aβ纳米探针荧光光谱模拟和预测，对靶向生物体内Aβ斑块的近红外纳米荧光探针实时动态荧光谱进行理论表征，为生物医学等领域涉及合成更为高效的阿尔茨海默症致病蛋白诊疗探针提供依据和参考，有助于阿尔茨海默症早期诊断和预防。断和预防。断和预防。

【技术实现步骤摘要】
一种A
β
荧光探针动态荧光光谱的表征系统及方法


[0001]本专利技术属于蛋白检测领域，尤其涉及一种Aβ荧光探针动态荧光光谱的表征系统及方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]阿尔茨海默症(简称AD)是一种神经退行性疾病，属于老年痴呆症中最常见的一种。阿尔茨海默症的发病机制目前尚不明确，在学者们提出的多种假说中，“淀粉样蛋白级联假说”受到了广泛的认可。该假说认为淀粉样蛋白沉积是AD的起病和发展的中心环节，患者机体本身对淀粉样蛋白的清除和蛋白产生之间的失衡诱导了β淀粉样蛋白(Aβ)沉积形成斑块，继而引起突触损伤、tau蛋白磷酸化、神经炎症反应等特征性的病理变化，从而导致神经元功能退化和丢失。由于淀粉样斑块在相关症状出现前20
‑
30年就已经在脑部形成，因此被认为是AD的标记蛋白。起初人们一直把治疗阿尔茨海默病的重点聚焦到清除淀粉样斑块上，然而随着研究的不断深入，许多实验结果都证实了清除淀粉样蛋白斑块只能起到缓解部分症状的作用，并不能够扭转病理的变化，对疾病也无法取得明显的治疗和改善。因此清除已经形成的淀粉样斑块并不是治疗疾病的首要目的，而预防和早期发现淀粉样蛋白沉积具有更大的意义。针对淀粉样蛋白斑块设计和开发一系列的探针对其进行成像，对于疾病的早期诊断和预防极为关键，同时也能够为进一步研究AD的病理过程提供有力的工具。
[0004]目前能够对Aβ斑块进行成像的技术中，近红外荧光成像具有灵敏度高、无需耗时、穿透力强且背景干扰低等一些明显的优势，这使得近红外荧光成像非常适用于生物活体内Aβ斑块的检测，实现对AD的早期诊断。因此设计合成安全有效、靶向生物体内Aβ斑块的近红外荧光探针对AD的监测和提高全世界老年人健康水平具有重要的意义。
[0005]近些年来，尽管实验上合成了大量靶向Aβ斑块的近红外荧光探针，然而由于蛋白结构的复杂多变和外界环境涨落的影响，使得对Aβ荧光探针实时动态光谱的表征受到一定程度的限制，这制约了纳米诊疗探针光谱的理论解读以及靶向疾病标记蛋白探针的有效开发。

技术实现思路

[0006]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种Aβ荧光探针动态荧光光谱的表征系统及方法，实现精准、快速的Aβ纳米探针荧光光谱模拟和预测。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
[0008]第一方面，公开了一种Aβ荧光探针动态荧光光谱的表征方法，包括：
[0009]构建荧光探针分子并采用量子化学方法对探针结构进行优化；
[0010]从蛋白数据库中提取相应的蛋白结构文件，得到β淀粉样蛋白的结构；
[0011]基于优化得到的荧光探针分子构型和β淀粉样蛋白的结构，执行荧光探针分子与β
淀粉样蛋白对接，提取最稳定的荧光探针分子
‑
β淀粉样蛋白复合物构象；
[0012]以最稳定的荧光探针分子
‑
β淀粉样蛋白复合物构象为初始构型进行分子动力学模拟；
[0013]在分子动力学模拟结果中，对荧光探针分子
‑
β淀粉样蛋白复合物构型进行等时间间隔的取样，得到多组构象；
[0014]将每组构象进行量子力学和分子力学区域的划分，利用量子力学/分子力学方法和ONIOM模型优化荧光探针分子第一激发态的结构，获得荧光探针分子的荧光波长和强度；
[0015]将每组构象的荧光波长和强度进行洛伦兹展宽并求和得到荧光光谱。
[0016]进一步的技术方案，洛伦兹展宽并求和具体为：将每组构象的荧光波长和强度按照公式：
[0017][0018]进行洛伦兹展宽并求和，其中，ω为光谱横坐标上的波长，f
i
和Ω
i
分别表示每组构象的荧光强度和波长，γ为分子能级展宽，与能级寿命有关，通常取确定的数值0.1eV，这里求和取遍所有的构象，即n代表构象总数。
[0019]进一步的技术方案，构建荧光探针分子并采用量子化学方法对探针结构进行优化具体为：借助GaussView6可视化软件构建荧光探针分子结构，并采用量子化学方法、B3LYP泛函和6
‑
31G(d，p)基组在Gaussian16软件包上对荧光探针分子结构进行优化，获得分子体系最稳定的结构。
[0020]进一步的技术方案，执行荧光探针分子和β淀粉样蛋白对接时，对接参数为：将荧光探针分子设为柔性，β淀粉样蛋白分子设为刚性，对接盒子大小为126
×
120
×
40，盒子中心位于β淀粉样蛋白中心处，格点间隔取为对接构象个数为10。
[0021]进一步的技术方案，提取最稳定的荧光探针分子
‑
β淀粉样蛋白复合物构象具体为：基于对接结果，统计配体在蛋白中不同位点处的结合能绝对值，结合能绝对值最大的荧光探针分子
‑
β淀粉样蛋白复合物构象为最稳定的构象，将其提取出来即可。
[0022]进一步的技术方案，分子动力学模拟具体为：
[0023]通过acpype命令产生荧光探针分子的拓扑文件；
[0024]用pdb2gmx产生β淀粉样蛋白的拓扑文件和gro文件；
[0025]用genrestr命令产生荧光探针分子的限制势itp文件；
[0026]用editconf命令设边长为1.0nm的正方体盒子，并将荧光探针分子
‑
β淀粉样蛋白复合物放置在盒子正中央；
[0027]通过solvate命令在盒子中加水溶剂，并用genion命令在溶液中加入离子以中和溶液；
[0028]对溶液系统进行能量最小化和限制性动力学模拟后，进行常规动力学模拟。
[0029]进一步的技术方案，量子力学和分子力学区域的划分具体为：利用GaussView6软件对每组构象进行量子力学和分子力学区域的划分，荧光探针分子为量子力学部分，用量子力学方法对其性质进行计算，β淀粉样蛋白为分子力学部分，用分子力学方法对其结构进
行模拟；通过Gaussian 16软件包中的量子力学/分子力学方法和ONIOM模型优化荧光探针分子第一激发态的结构。
[0030]第二方面，公开了一种Aβ荧光探针动态荧光光谱的表征系统，包括：
[0031]荧光探针分子构建模块，其被配置为：构建荧光探针分子并采用量子化学方法对探针结构进行优化；
[0032]蛋白结构文件提取模块，其被配置为：从蛋白数据库中提取相应的蛋白结构文件，得到β淀粉样蛋白的结构；
[0033]复合物构象提取模块，其被配置为：基于优化得到的荧光探针分子构型和β淀粉样蛋白的结构，执行荧光探针分子与β淀粉样蛋白对接，提取最稳定的荧光探针分子
‑
β淀粉样蛋白复合物构象；
[0034]分子动力学模拟模块，其被配置为：以最稳定的荧光探针分子
‑
β淀粉样蛋白复合物构象本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Aβ荧光探针动态荧光光谱的表征方法，其特征在于，包括：构建荧光探针分子并采用量子化学方法对探针结构进行优化；从蛋白数据库中提取相应的蛋白结构文件，得到β淀粉样蛋白的结构；基于优化得到的荧光探针分子构型和β淀粉样蛋白的结构，执行荧光探针分子与β淀粉样蛋白对接，提取最稳定的荧光探针分子
‑
β淀粉样蛋白复合物构象；以最稳定的荧光探针分子
‑
β淀粉样蛋白复合物构象为初始构型进行分子动力学模拟；在分子动力学模拟结果中，对荧光探针分子
‑
β淀粉样蛋白复合物构型进行等时间间隔的取样，得到多组构象；将每组构象进行量子力学和分子力学区域的划分，利用量子力学/分子力学方法和ONIOM模型优化荧光探针分子第一激发态的结构，获得荧光探针分子的荧光波长和强度；将每组构象的荧光波长和强度进行洛伦兹展宽并求和得到荧光光谱。2.如权利要求1所述Aβ荧光探针动态荧光光谱的表征方法，其特征在于，洛伦兹展宽并求和具体为：将每组构象的荧光波长和强度按照公式：进行洛伦兹展宽并求和，其中，ω为光谱横坐标上的波长，f
i
和Ω
i
分别表示每组构象的荧光强度和波长，γ为分子能级展宽，n代表构象总数。3.如权利要求1所述Aβ荧光探针动态荧光光谱的表征方法，其特征在于，构建荧光探针分子并采用量子化学方法对探针结构进行优化具体为：借助GaussView6可视化软件构建荧光探针分子结构，并采用量子化学方法、B3LYP泛函和6
‑
31G(d，p)基组在Gaussian16软件包上对荧光探针分子结构进行优化，获得分子体系最稳定的结构。4.如权利要求1所述Aβ荧光探针动态荧光光谱的表征方法，其特征在于，所述执行荧光探针分子和β淀粉样蛋白对接时，对接参数为：将荧光探针分子设为柔性，β淀粉样蛋白分子设为刚性，对接盒子大小为126
×
120
×
40，盒子中心位于β淀粉样蛋白中心处，格点间隔取为对接构象个数为10。5.如权利要求1所述Aβ荧光探针动态荧光光谱的表征方法，其特征在于，所述提取最稳定的荧光探针分子
‑
β淀粉样蛋白复合物构象具体为：基于对接结果，统计配体在蛋白中不同位点处的结合能绝对值，结合能绝对值最大的荧光探针分子
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β淀粉样蛋白复合物构象为最稳定的构象，将其提取出来即可。6.如权利要求1所述Aβ荧光探针动态荧光光谱的表征方法，其特征在于，所述分子动力学模拟具体为：通过acpype命令产生荧光探针分子的拓扑文件；用pdb2gmx产生β淀粉样蛋白的拓扑文件和gro文件；用genrestr命令产生荧光探针分子的限制势itp文件；用editconf命令设边长为1.0nm的正方体盒子，并将荧光探针分子<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉瑾，胡伟，冷建材，张蒙娜，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：