周瑩研究組在Chem. Commun.上報(bào)道了用于可視化監(jiān)測(cè)細(xì)胞內(nèi)鐵含量波動(dòng)的雙熒光探針系統(tǒng)
鐵是人體內(nèi)含量最豐富的過(guò)渡金屬，它作為各種生化活動(dòng)的輔助因子，參與包括氧氣運(yùn)輸、能量代謝和DNA合成等。還原型鐵(Fe2+)和氧化型鐵(Fe3+)在體內(nèi)芬頓型氧化還原反應(yīng)中都起著重要作用。然而過(guò)量的鐵(Fe2+/ Fe3+)會(huì)導(dǎo)致可破壞細(xì)胞微環(huán)境中的脂膜、蛋白質(zhì)、核酸等大分子的高活性羥基自由基(·OH)的產(chǎn)生從而誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。因此細(xì)胞內(nèi)的鐵穩(wěn)態(tài)是維持生命活動(dòng)的重要前提。在細(xì)胞鐵代謝中，鐵穩(wěn)態(tài)是在各種蛋白質(zhì)的密切協(xié)調(diào)下精準(zhǔn)調(diào)控的。其中細(xì)胞膜上負(fù)責(zé)鐵輸入的二價(jià)金屬轉(zhuǎn)運(yùn)體1 (Divalent metal transporter 1, DMT1)和負(fù)責(zé)鐵輸出的運(yùn)鐵素(Ferroportin)在鐵穩(wěn)態(tài)的調(diào)控中起著至關(guān)重要的作用。DMT1和運(yùn)鐵素功能異常導(dǎo)致的鐵代謝異?？梢鹋两鹕?/span>(PD)、阿爾茨海默病(AD)等多種疾病。因此實(shí)時(shí)可視化監(jiān)測(cè)DMT1和運(yùn)鐵素介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)鐵含量(Fe2+/ Fe3+)波動(dòng)，將為人工調(diào)控鐵代謝及其相關(guān)疾病的病理研究提供理論依據(jù)。
近期，周瑩教授課題組開(kāi)發(fā)了一種雙熒光探針系統(tǒng)，并利用該系統(tǒng)探究了DMT1和運(yùn)鐵素介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)鐵含量(Fe2+/ Fe3+)的波動(dòng)。該系統(tǒng)由一個(gè)與Fe2+還原后發(fā)射近紅外熒光（λem=690 nm）的反應(yīng)型熒光探針和一個(gè)與Fe3+結(jié)合后發(fā)射綠色熒光（λem=560 nm）的螯合型熒光探針組成。利用該系統(tǒng)可同時(shí)顯示細(xì)胞和秀麗隱桿線蟲(chóng)(C. elegans)內(nèi)還原型鐵(Fe2+)和氧化型鐵(Fe3+)的含量變化。在細(xì)胞內(nèi)通過(guò)RNA干擾下調(diào)DMT1和運(yùn)鐵素的表達(dá)后，使用雙探針系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到細(xì)胞內(nèi)Fe2+濃度隨著DMT1的下調(diào)而降低，隨著運(yùn)鐵素的下調(diào)而升高。綜上所述，該雙探針系統(tǒng)在實(shí)時(shí)可視化細(xì)胞內(nèi)Fe2+和Fe3+波動(dòng)以及探究鐵代謝相關(guān)疾病的病理方面都具有極大的潛在應(yīng)用價(jià)值。
相關(guān)成果論文題目為“Metabolic iron detection through divalent metal transporter 1 and ferroportin mediated cocktail fluorogenic probes”發(fā)表在自然指數(shù)期刊Chemical Communications, 2021, 57, 7902–7905; https://doi.org/10.1039/D1CC03150C。本研究第一作者為2021級(jí)博士生趙玉強(qiáng)，通訊作者為周瑩教授，第一通訊單位為云南大學(xué)化工學(xué)院， 本工作獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金（21867019, 22067019）資助。
同期，周瑩教授課題組以文章共同一作的身份，將開(kāi)發(fā)的鐵離子熒光探針與云南生物資源保護(hù)與利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的鄒成鋼教授課題組合作，共同用于鐵調(diào)節(jié)宿主對(duì)細(xì)菌感染的先天免疫的分子機(jī)制的研究。相關(guān)論文題目為TOR functions as a molecular switch connecting an iron cue with host innate defense against bacterial infection，發(fā)表于自然指數(shù)期刊PLoS Genetics，17(3): e1009383。
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