文献解析|利用BeaverBeads Streptavidin技术高效监测细胞凋亡过程

Streptavidin

中国科学院强磁场研究中心的田长麟研究团队，在知名学术期刊《Chemical Communications》上发表了一篇题为“基于EPR技术的原位酶活性检测：应用于凋亡细胞裂解液中内源性Caspase-3的活性测定”的研究论文。

该科研团队采纳了BeaverBeads® Streptavidin磁珠作为关键工具，创新性地构建了一种运用电子顺磁共振(EPR)技术的酶促活性分析手段，旨在实现对细胞内caspase-3活性的快速且精准的检测。

研究背景概述：

细胞凋亡，即程序性细胞死亡，是一个受到严密调控且进化上高度保守的生理过程。当细胞凋亡机制出现障碍时，可能会引发多种疾病状态。因此，推进细胞凋亡的检测与研究方法的发展，对于临床的诊断与治疗研究而言至关重要。

在细胞凋亡的复杂机制中，Caspase家族蛋白扮演着核心角色。其中，caspase-3作为该家族中在细胞凋亡早期阶段激活频率最高的蛋白酶，已成为细胞凋亡相关研究的标志性生物标志物。对caspase-3活性的精确检测，不仅对于细胞凋亡的诊断具有重要意义，而且在评估治疗效果方面也发挥着关键作用。

电子顺磁共振（EPR）光谱技术，作为一种强大的分析手段，被广泛应用于探测和研究生物及化学系统中的顺磁性物质。近年来，由于其出众的灵敏度，EPR技术逐渐在分析研究领域崭露头角，成为科研人员青睐的工具。

研究方法与结果阐述：

在本研究中，科研人员巧妙地设计了一种基于电子顺磁共振（EPR）技术的酶促活性分析新方法，旨在实现对细胞凋亡过程中caspase-3活性的快速且可靠检测。他们首先精心合成了能够被caspase-3特异性识别的肽段（DEVD），并对其进行生物素化处理。随后，利用EPR可检测的氮氧化物自由基（MTSL）对肽段进行标记，从而制备出具有EPR信号响应的肽段探针。

接下来，科研人员将自旋标记的肽段探针与BeaverBeads® Streptavidin磁珠（直径为2.8微米，简称MBs）相结合，构建出一种独特的“氮氧化物-肽-磁珠”三明治复合物探针结构。这种结构不仅保持了探针的生物活性，还通过磁珠的引入，实现了对探针的有效分离与富集。

在实验过程中，科研人员将制备好的探针与待测样品共同孵育。通过磁分离技术，他们能够将未与caspase-3反应的探针从溶液中去除。随后，利用EPR光谱仪对上清液进行检测。实验结果显示，当样品中不存在caspase-3时，上清液在磁分离后未显示出EPR信号，即EPR处于“关闭”状态。然而，当样品中存在caspase-3时，caspase-3能够特异性地降解DEVD肽段，导致氮氧化物部分被释放到溶液中。此时，上清液显示出明显的EPR信号，即EPR处于“开启”状态。

这一结果表明，科研人员成功开发出了一种基于EPR技术的caspase-3活性检测方法，该方法具有高度的特异性和灵敏度，能够实现对细胞凋亡过程中caspase-3活性的快速且可靠检测。

图a 展示了“氮氧化物-肽-磁珠”三明治复合物探针的结构设计

图b 描绘了利用EPR技术检测样本中caspase-3活性的实验流程