组成图示
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传感器类型
其他（129Xe MRI/NMR 生物传感器）
检测对象
人碳酸酐酶II（human carbonic anhydrase II, hCAII）；样品基质：磷酸盐缓冲液溶液、X射线晶体（20 atm 129Xe加压）
检测原理
该传感器以cryptophane-A笼包裹129Xe作为信号核，苯磺酰胺基团作为亲和标签。当hCAII存在时，苯磺酰胺以磺酰胺阴离子形式配位活性位点Zn2+，置换Zn2+结合的羟基，使探针定向结合到hCAII活性位点。结合后，笼体及其中129Xe的局部磁环境、取向和关联时间发生变化，导致129Xe化学位移和线宽改变，从而在129Xe MRI/NMR谱中产生与游离探针不同的特征峰。129Xe为自旋1/2核，具有较大化学位移窗口；激光极化可将MRI信号增强约10000倍。hCAII浓度升高时，结合态探针比例增加，结合态129Xe信号相对增强，实现检测。
检测灵敏度
原文未报告LOD、线性范围、灵敏度斜率或R^2。
效应效果
本文主要提供结构表征：复合物晶体分辨率1.70 Å，Rwork=0.23，Rfree=0.25。探针1与Zn2+占位率均为0.5；笼内Xe占位率0.50，第二疏水口袋Xe占位率0.37；两种对映体各占0.25。与无配体酶相比，256个Cα原子RMSD为0.34 Å，活性位点无显著构象变化。对CAII的KD为60±20 nM，略优于无cryptophane母体的100±10 nM。作者认为弱氢键和柔性连接有利于笼体重取向，降低关联时间、收窄线宽，提高129Xe NMR/MRI灵敏度，并提示用于CA IX/XII过表达肿瘤诊断。
传感器的构成
- 信号核：129Xe，封装于cryptophane-A笼内，作为MRI/NMR信号核
- 笼状载体：cryptophane-A，包裹129Xe并形成可靶向蛋白的探针骨架
- 亲和识别基团：benzenesulfonamide，作为hCAII活性位点Zn2+亲和标签，以磺酰胺阴离子配位Zn2+
- 水溶性修饰：triazole propionate，连接于笼体，提高水溶性
- 靶标蛋白：human carbonic anhydrase II (hCAII)，提供活性位点Zn2+并结合探针
- 信号读出：129Xe MRI/NMR，结合态产生特征129Xe-MRI谱
中文摘要
人碳酸酐酶II（hCAII）是锌金属酶，其活性位点含由三个组氨酸配位的Zn2+。本文以hCAII为模型，报道了一种129Xe-cryptophane生物传感器与hCAII复合物的X射线晶体结构。129Xe具有自旋1/2核、水中大于200 ppm化学位移窗口和26%天然丰度，可经激光极化将MRI信号增强约10000倍。cryptophane笼可包裹129Xe（KD约30 µM），并通过苯磺酰胺亲和标签靶向蛋白。外消旋生物传感器1与CAII的结合常数为60±20 nM，结合后产生特征129Xe-MRI谱。晶体结构分辨率为1.70 Å，Rwork和Rfree分别为0.23和0.25。苯磺酰胺以磺酰胺阴离子配位Zn2+并置换羟基；Bijvoet差傅里叶图证实笼内129Xe，另发现疏水口袋第二Xe位点。结合未引起活性位点显著变化，256个Cα原子RMSD为0.34 Å。该结构首次展示封装129Xe可被定向至生物医学相关蛋白，提示其在CA IX/XII过表达肿瘤诊断中的应用潜力。
英文摘要
Cryptophanes represent an exciting class of xenon-encapsulating molecules that can be exploited as probes for nuclear magnetic resonance imaging. The 1.70 A resolution crystal structure of a cryptophane-derivatized benezenesulfonamide complexed with human carbonic anhydrase II shows how an encapsulated xenon atom can be directed to a specific biological target. The crystal structure confirms binding measurements indicating that the cryptophane cage does not strongly interact with the surface of the protein, which may enhance the sensitivity of 129Xe NMR spectroscopic measurements in solution.