Nature Nanotechnology∣具有生物活性的纳米黑磷

“Nature Nanotechnology∣具有生物活性的纳米黑磷”

文献信息：         

Ximing Shao, Zhihao Ding, Wenhua Zhou, Yanyan Li, Zhibin Li, Haodong Cui, Xian Lin, Guoli Cao, Binghua Cheng, Haiyan Sun, Meiqing Li, Ke Liu, Danyi Lu , Shengyong Geng, Wenli Shi, Guofang Zhang, Qingle Song, Liang Chen, Guocheng Wang, Wu Su, Lintao Cai , Lijing Fang, David Tai Leong, Yang Li, Xue-Feng Yu and Hongchang Li .Intrinsic bioactivity of black phosphorus nanomaterials on mitotic centrosome destabilization through suppression of PLK1 kinase.

https://doi.org/10.1038/s41565-021-00952-x

Nature Nanotechnology  影响因子：  40.523

背景介绍

尽管纳米材料已经显示出了良好的生物医学应用潜力，但对其与生物系统的分子相互作用的不完全了解阻碍了其纳入主流临床应用。

作者的研究表明表明，黑磷（BP）纳米材料直接影响细胞周期的中心体机制。BP通过减弱中心点周围物质的内聚力，使有丝分裂中心体不稳定，从而导致有丝分裂中的中心体破碎。因此，BP处理的细胞表现出多极纺锤体和有丝分裂延迟，并最终发生凋亡。在机制上，BP通过使中心体激酶polo样激酶1（PLK1）失活来损害中心体的完整性。BP直接与PLK1结合，诱导其聚集，降低其胞质迁移率，并最终限制其招募到中心体进行激活。通过这一机制，BP纳米材料在肿瘤移植小鼠中显示出巨大的抗癌潜力。

作者的研究揭示了BP杀肿瘤特性的分子机制，并通过探索为纳米材料的生物医学应用提出了方向。

图文解读

图1 BP处理后出现有丝分裂延迟和纺锤体形成异常

a，BP的透射电镜图像。

b，透射电镜测定的BP的大小分布（分析90个BPNS）。

c，BP的原子力显微镜图像。插图显示了相应的线的高度轮廓。

d，BP的拉曼光谱。

e，f，用增加浓度的BP处理HeLa细胞24 h，固定并染色。

g，在增加BP浓度处理24 h后，定量测定有丝分裂不同阶段的细胞（每个条件下计数>130个细胞）。

h，代表性图像显示，4 μg/mL BP处理24 h后，HeLa细胞对α-微管蛋白和pH3的双免疫染色。

i ，具有不同类型纺锤体的对照细胞或BP处理细胞的定量（每个条件下计数>100个细胞）。

j ，4μg/ml处理的HeLa细胞中α-微管蛋白和中心周蛋白的共免疫染色

图2 经BPNS处理的细胞中的中心体缺陷

a、b、e、f，用4 μg/mL BP处理HeLa细胞24小时，并与中心粒周蛋白（PCM标记物）和CP110（中心粒标记物）共染色。G1期（a）、G2期（b）、前期（e）和前中期（f）细胞的代表性图像显示。

c，定量分析具有未分离或分离中心体的G2期细胞的百分比。如果中心体之间的距离超过1 μm，则认为它们是分开的。

d，测量G2期细胞分离中心体之间的距离（对照组33细胞，=30 BPNS处理组3个独立实验，平均± s.d.）。

g，定量不同数量中心蛋白病灶的前期和中期细胞百分比。

h，定量检测有两个以上中心蛋白点的前中期细胞（检测100个细胞）。

i ，HeLa细胞用BP（4 μg/mL）或不加BP处理24小时，固定并与中心蛋白和Cep152共染色。j、k，计数i中具有完整(j)或碎片(k)的周围中心蛋白的细胞数量。

图3 溶酶体介导的中心体在细胞周期中向BPNS的转运

a，HeLa细胞共转染RFP-Lamp1和GFP-PLK1，用BP（4 μg/mL）处理8小时并活成像。

b，定量分析a图细胞中溶酶体捕获的BP。

c，HeLa细胞加（4 μg/mL）或不加BP处理24小时，然后用溶菌追踪器Red DND-99（100 nM）再标记30 min。

d，c图中溶解追踪器荧光强度的定量结果。

e，瞬时表达mCherry-LGALS3的HeLa细胞通过胸腺嘧啶阻断同步20 h。

f、g，HeLa细胞通过胸腺嘧啶同步，释放并在BP（4 μg/mL）存在下用指定化合物处理8小时，并进行中心蛋白染色。

h，HeLa细胞通过胸腺嘧啶阻断同步，释放到含BP（0.25或1 μg/mL）的培养基中。释放6小时后加入LLOMe（1.5 mM），在额外孵育2小时后固定细胞并进行中心蛋白染色。带有中心体未分离的前期细胞的百分比。

i ，在胸腺嘧啶的情况下，同步的HeLa细胞被释放到含BPNS的培养基中。

图4 BP处理抑制了中心体上PLK1激酶的有丝分裂激活

a，HeLa细胞用4 μg/mL BP处理24小时，并与中心蛋白和PLK1，或CP110和PLK1共染色。

b，分别定量G1、G2、G2前期和前期的强度。

c、d，BP处理或不处理表达GFP-plk1的细胞的FRAP分析。

e，转染了GFP-PLK1的HeLa细胞用BP（4 μg/mL）处理24小时，然后使用装有DIC组件的活细胞成像系统进行成像。

f ，对照和BP处理的HeLa细胞通过诺可达唑处理同步到前期。

g，用BP处理或不处理12 h的Hela细胞，在存在或不存在诺可达唑的情况下进一步培养14h。

h，转染了Flag-PLK1的Hela细胞分别用BP处理或不处理12 h。

i ，His-PLK1激酶与纯化的GST-CLIP-170n端蛋白在ATP存在下，在30°C下孵育30 min。

图5 BP直接与PLK1结合，诱导PLK1聚集

a - c ，BPNS与PLK1蛋白的相互作用。

d - f ，BPNS处理诱导了PLK1的聚集。

g、h，HeLa细胞与BPNS或BPNS-fbs复合物共孵育24 h

i 、j ，BP处理导致PLK1在体外聚集。

图6 BP 通过抑制有丝分裂进展而产生的抗癌活性

a，稳定表达H2B-RFP的HeLa细胞在BP存在下通过单个胸腺嘧啶阻断同步20小时。

b，定量a图中凋亡细胞的百分比。

c，测量从有丝分裂退出到凋亡开始的时间间隔.

d、e，HeLa细胞皮下注射到BALB/c裸鼠右侧。

f、h、i，pH3 (f)、中心蛋白(h)或TUNEL (i)染色的肿瘤组织切片的代表性图像。

g、j，pH3阳性细胞的定量分析(g)和TUNEL阳性细胞的定量(j)。

k，一个用来说明BP的分子抗癌活性的模型。

文章链接 ：

https://doi.org/10.1038/s41565-021-00952-x

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