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化學所在活細胞分子探針研究中取得系列進展

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化學所在活細胞分子探針研究中取得系列進展

摘要: 　　分子識別是生命過程的基礎，揭示生物活性分子間識別作用是透徹理解生命過程的重要途徑。發(fā)展新型識別分子、構筑分子探針，在分子水平上探索生命過程和疾病發(fā)生發(fā)展機制是現代生化分析領域前沿學習方向之一。　　 ...

　　分子識別是生命過程的基礎，揭示生物活性分子間識別作用是透徹理解生命過程的重要途徑。發(fā)展新型識別分子、構筑分子探針，在分子水平上探索生命過程和疾病發(fā)生發(fā)展機制是現代生化分析領域前沿學習方向之一。
　　中國科學院化學學習所活體分析化學院重點實驗室上官棣華課題組科研人員長期致力于分子探針的開發(fā)和分子識別機制的學習，并取得一系列學習成果（Anal. Chem.， 2014 86， 7063-7070；Biomaterials， 2014 35， 6998-7007；Anal. Chem.， 2014 86， 2289–2296; Anal. Chem.， 2014 86， 943–952; Chem. Sci.， 2015 6， 3831-3838; Mol Cell Proteomics.， 2015 14， 2692-700; Chem. Eur. J.， 2016 22， 6037–6047; Chem. Eur. J.， 2016 22， 4015–4021）。
　　最近，在科技部、國家自然科學基金委和中科院的大力支持下，學習人員在活細胞分子探針學習方面取得系列進展。
　　線粒體是細胞的能量工廠，其功能還涉及細胞代謝、信號傳導、分化、生長、凋亡和死亡等重要過程。線粒體自噬(mitophagy)是細胞清除損傷或衰老的線粒體并循環(huán)利用其組成元素的過程；與衰老、神經退行性疾病和癌癥等諸多生理病理過程密切相關。對線粒體自噬過程的監(jiān)測對相關學習具有重要意義。目前主要是采用抗體或熒光蛋白標記的方法檢測自噬相關蛋白，或以線粒體熒光探針加溶酶體熒光探針共同檢測相關過程。前者操作復雜，在活細胞中的應用受到限制；后者特異性較低。
　　基于此，學習人員設計了以花菁為母體的近紅外熒光探針分子HQO。HQO可進入活細胞并選擇性富集于線粒體；當線粒體發(fā)生自噬形成自噬溶酶體后其微環(huán)境pH下降，導致HQO質子化。質子化后HQO的熒光激發(fā)和發(fā)射波長均發(fā)生紅移（100 nm），使得HQO在線粒體和自噬溶酶體中呈現不同顏色熒光，因而可以很好地區(qū)分線粒體和自噬溶酶體。該探針可精確定位線粒體，準確示蹤線粒體自噬過程，相關結果發(fā)表在J. Am. Chem. Soc. 2016 138 12368–12374。
　　細胞間通訊對細胞正常生理活動至關重要，也與腫瘤發(fā)生發(fā)展過程密切相關。近年來學習發(fā)現細胞間的一類隧道納米管類似結構（tunneling nanotube，TNT）能夠介導細胞通訊，但其形成機制和生物學功能尚無統(tǒng)一定論。因此，發(fā)展特異識別這種細胞間通訊結構的分子探針有助于理解細胞間信息傳遞過程。
　　學習人員利用基于活細胞的指數富集配基系統(tǒng)進化技術（Cell-SELEX）篩選得到了能與耐藥腫瘤細胞MCF-7R高特異性、強親和力結合的核酸適配體（aptamer）。以該核酸適配體構建的分子探針能夠選擇性識別細胞間隧道納米管類似結構。同時發(fā)現該結構不僅在耐藥腫瘤細胞間形成，也可在耐藥與非耐藥細胞間形成，并可在耐藥和非耐藥細胞間運輸耐藥相關蛋白，說明該細胞間結構可能是腫瘤耐藥性傳染的途徑之一。新構建的分子探針為學習胞間連接介導細胞通訊提供了新的手段和途徑，相關結果發(fā)表于Angew. Chem. Int. Ed. 2016 55， 3914–3918。

　　圖1 探針HQO和HQO示蹤活細胞線粒體自噬過程原理圖

　　圖2 核酸適配體識別細胞胞間隧道納米管類似結構的示意圖和活細胞成像圖
　　來源:化學學習所　　編輯:葉瑞優(yōu)化學所在活細胞分子探針研究中取得系列進展  |  責任編輯：蟲子
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