酶是人體不可或缺的生物大分子，可通過(guò)催化底物的化學(xué)反應(yīng)調(diào)控細(xì)胞的正常功能。然而，酶的催化活性異常與人類重大疾病的發(fā)生與發(fā)展密切相關(guān)（如癌癥、細(xì)胞衰老等）。近期，我校費(fèi)林加諾貝爾科學(xué)家聯(lián)合研究中心與中科院上海藥物所、國(guó)家蛋白質(zhì)中心、美國(guó)得克薩斯大學(xué)奧斯丁分校以及英國(guó)巴斯大學(xué)合作，在酶激活型光控?zé)晒馊玖系某叻直娉上穹矫娴难芯抗ぷ魅〉弥匾M(jìn)展，研究成果以“Photochromic Fluorescent Probe Strategy for the Super-resolution Imaging of Biologically Important Biomarkers”為題全文發(fā)表于《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（JACS）。
前期研究中，我校團(tuán)隊(duì)通過(guò)構(gòu)建螺吡喃-萘酰亞胺光控?zé)晒馊玖象w系，實(shí)現(xiàn)了肝癌細(xì)胞的靶向光控?zé)晒獬上瘢∟at.Commun. 2017, 8, 987），進(jìn)而通過(guò)人血清白蛋白（HSA）的引入，構(gòu)建了光控探針/蛋白質(zhì)復(fù)合物，提升了探針的雙熒光發(fā)射性能，實(shí)現(xiàn)了肝癌細(xì)胞的靶向雙熒光循環(huán)成像（J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 8671−8674）。在此基礎(chǔ)上，科研人員在光致變色基團(tuán)螺吡喃結(jié)構(gòu)中引入了可被β-半乳糖苷酶（β-Gal）水解的β-半乳糖基團(tuán)，同步抑制了螺吡喃的光致變色性能和熒光性能，并進(jìn)一步將探針與HSA結(jié)合，形成光學(xué)性能增強(qiáng)的蛋白復(fù)合體。復(fù)合探針被細(xì)胞內(nèi)化后受β-Gal催化水解β-半乳糖殘基，從而同步激活螺吡喃分子的光致變色和熒光性能?；谔结槳?dú)特的光控“熒光閃爍”性能，研究人員運(yùn)用超高分辨成像技術(shù)（STORM—隨機(jī)光學(xué)重建顯微鏡）提升了探針的衍射極限（分辨率74-80 nm），在亞細(xì)胞層次實(shí)現(xiàn)了β-Gal在卵巢癌細(xì)胞和衰老細(xì)胞中的活性分布探測(cè)。實(shí)驗(yàn)表明，卵巢癌細(xì)胞的β-Gal傾向于均勻分布在胞質(zhì)中，而在衰老細(xì)胞中傾向于溶酶體分布。平行應(yīng)用膜檢測(cè)算法（membrane detection algorithm）分析了兩種不同細(xì)胞中酶分布的數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建了兩種不同病理狀態(tài)下的多邊形模型圖，為酶催化生物大分子動(dòng)態(tài)修飾的亞細(xì)胞水平精準(zhǔn)成像提供了新的化學(xué)工具。
上述研究工作主要由柴先志博士、韓海浩博士和Adam C. Sedgwick博士在我校張雋佶副教授、賀曉鵬研究員和中科院上海藥物所李佳研究員指導(dǎo)下協(xié)作完成，并得到了田禾院士的悉心指導(dǎo)。超高分辨成像實(shí)驗(yàn)得到了國(guó)家蛋白質(zhì)中心的李娜老師、李瑤老師和于洋老師的指導(dǎo)。研究工作獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金“生物大分子動(dòng)態(tài)修飾與化學(xué)干預(yù)”重大基礎(chǔ)研究計(jì)劃、優(yōu)秀青年科學(xué)基金、上海市啟明星計(jì)劃、上海市重大科技專項(xiàng)等項(xiàng)目的資助。
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