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    國家納米中心亞細胞水平精準成像分析研究獲進展

    2021-02-02 國家納米科學中心
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      近日,中國科學院國家納米科學中心研究員李樂樂課題組在亞細胞水平酶活性精準成像分析研究中取得進展。相關研究成果以Organelle-Specific Photoactivation of DNA Nanosensors for Precise Profiling of Subcellular Enzymatic Activity為題,發表在《德國應用化學》上。

      真核細胞內復雜信號網絡的調控依賴于每個蛋白質/酶的區室化分布。開發能夠原位、高時空分辨的檢測亞細胞器內酶活性的成像方法,對于理解其功能和轉運機制十分重要。由于其高靈敏度、高選擇性和實時成像等優點,基于小分子、蛋白質、納米技術等設計的熒光傳感器已被廣泛用于生物分子的成像分析。然而,如何在亞細胞水平上時-空可控的成像酶活性仍是難題。這是因為傳統傳感器無法精準定位特定亞細胞區室,且在分子識別和信號響應上處于“始終開啟”的模式,制約了成像的亞細胞分辨率和時空精準度。

      李樂樂課題組致力于開發活細胞和活體內“時-空”可控的分子成像新方法,提出了利用上轉換發光遠程操控化學傳感的新原理,以實現“時-空”可控的精準分子成像(J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 578),并將該方法拓展應用于“時-空”可控的RNA精準成像及信號放大(J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 7056;Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 14877)、時間分辨的pH動態成像(Nano. Lett. 2020, 20, 874)、DNA分子邏輯運算及多元成像(Anal. Chem. 2021, in press),以及分子識別調控及腫瘤精準診療(Nat. Commun. 2019, 10, 2839;Sci. Adv. 2020, 6, eaba9381)。

      在前期工作的基礎上,課題組發展了細胞器特異性光激活納米傳感器技術,選擇性的在特定細胞器(如線粒體和細胞核)內對酶活性進行精準成像分析。該傳感器平臺是通過對基于DNA的傳感分子工程化設計,并與上轉換納米顆粒以及細胞器定位信號相結合而構建的。傳感器“按需”的可控定位和近紅外光介導的原位激活有效地將成像功能限定到特定的細胞器,顯著提高了亞細胞分辨率,并避免了非特異性信號干擾。通過程序化的亞細胞區室定位以及近紅外光激活,實時監測到了酶分子在氧化應激下在不同細胞器間的動態轉運行為。此外,由于近紅外光具有良好層組織穿透深度,該傳感器件可對活體內亞細胞水平酶活性進行特異性成像分析。該方法為亞細胞水平精準分子成像提供了新工具,有助于解析蛋白質/酶的區室化分布和機制。

      國家納米科學中心博士研究生邵玉蕾為論文第一作者,李樂樂為論文通訊作者。研究工作得到國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項(B類)等的支持。

      論文鏈接 

    近紅外光操控的DNA納米傳感器用于特定細胞器中酶活性的精準成像分析

    打印 責任編輯:侯茜

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