[发明专利]利用表面选择性非线性光学技术确定蛋白质结构的方法

说明书

交叉引用

本申请要求2015年4月2日提交的美国临时申请号62/142,314的权益，也要求2015年4月16日提交的美国临时申请号62/148,649的权益，两份申请均通过全文引用而并入本文。

背景技术

二次谐波发生(second harmonic generation，SHG)是一种非线性光学过程，其可以被配置为能够利用附接至靶分子的二次谐波活性标签来检测蛋白质和其他生物靶标的结合相互作用和构象变化的表面选择性检测技术(参见，例如美国专利号6,953,694和8,497,073)。迄今为止，这些方法已经用于检测多种系统中配体诱导的构象变化，并通过它们在结合时诱导的构象的类型来区分配体(Salafsky,J.S.(2001),“’SHG-labels’for Detection of Molecules by Second Harmonic Generation”,Chemical Physics Letters 342,485-491；Salafsky,J.S.(2003),“Second-Harmonic Generation as a Probe of Conformational Change in Molecules”,Chemical Physics Letters 381,705-709；Salafsky,J.S.(2006),“Detection of Protein Conformational Change by Optical Second-Harmonic Generation”,Journal of Chemical Physics 125；Moree,B.等人(2015),“Small Molecules Detected by Second Harmonic Generation Modulate the Conformation of Monomericα-Synuclein and Reuce Its Aggregation in Cells”,J.boil.Chem.290(46)；27582-27593；Moree等人(2015),“Protein Conformational Changes are Detected and Resolved Site Specifically by Second-Harmonic Generation”,Biophys.J.109:806-815)。实例包括区分I型与II型激酶抑制剂，如伊马替尼和达沙替尼，它们分别与蛋白质结合以诱导失活和活性构象。

SHG和相关的技术和频发生(sum-frequency generation，SFG)在过去已经被用于研究染料分子在界面处的取向(Heinz T.等人(1983),“Determination of Molecular Orientation of Monolayer Adsorbates by Optical Second-Harmonic Generation”,Physical Review A 28(3):1883-1885；Heinz,T,(1991)Second-Order Nonlinear Optical Effects at Surfaces and Interfaces”,Nonlinear Surface Electromagnetic Phenomena(Stegeman,H.P.a.G.ed.),Elsevier,Amsterdam,pp 353-416)。在这些测量中，使用偏振光来确定经标记界面的非线性极化率(χ⁽²⁾)的分量。然后可以使用χ⁽²⁾的实验测定值和关于界面平面内染料分子的取向程度的假设、分子参照系中染料分子的超极化率(α⁽²⁾)的分量的相对值等来推断界面处染料分子的分子取向分布的细节。

蛋白质和生物分子结构测定领域非常成熟，但仍需要实时地与在溶液中对构象变化和结构进行灵敏地和快速地测量。关于蛋白质结构和动力学的大多数信息主要来自于X-射线晶体学和NMR研究，但是这些技术相当耗费人力及物力，速度慢，或仅提供蛋白质结构的静态快照。