近日，中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心研究員李樂樂課題組在亞細(xì)胞水平酶活性精準(zhǔn)成像分析研究中取得進展。相關(guān)研究成果以O(shè)rganelle-Specific Photoactivation of DNA Nanosensors for Precise Profiling of Subcellular Enzymatic Activity為題，發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》上。
 
真核細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜信號網(wǎng)絡(luò)的調(diào)控依賴于每個蛋白質(zhì)/酶的區(qū)室化分布。開發(fā)能夠原位、高時空分辨的檢測亞細(xì)胞器內(nèi)酶活性的成像方法，對于理解其功能和轉(zhuǎn)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(yōu)點，基于小分子、蛋白質(zhì)、納米技術(shù)等設(shè)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(xì)胞水平上時-空可控的成像酶活性仍是難題。這是因為傳統(tǒng)傳感器無法精準(zhǔn)定位特定亞細(xì)胞區(qū)室，且在分子識別和信號響應(yīng)上處于“始終開啟”的模式，制約了成像的亞細(xì)胞分辨率和時空精準(zhǔn)度。
 
李樂樂課題組致力于開發(fā)活細(xì)胞和活體內(nèi)“時-空”可控的分子成像新方法，提出了利用上轉(zhuǎn)換發(fā)光遠(yuǎn)程操控化學(xué)傳感的新原理，以實現(xiàn)“時-空”可控的精準(zhǔn)分子成像（J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 578），并將該方法拓展應(yīng)用于“時-空”可控的RNA精準(zhǔn)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(tài)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(diào)控及腫瘤精準(zhǔn)診療（Nat. Commun. 2019, 10, 2839；Sci. Adv. 2020, 6, eaba9381）。
 
在前期工作的基礎(chǔ)上，課題組發(fā)展了細(xì)胞器特異性光激活納米傳感器技術(shù)，選擇性的在特定細(xì)胞器（如線粒體和細(xì)胞核）內(nèi)對酶活性進行精準(zhǔn)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(shè)計，并與上轉(zhuǎn)換納米顆粒以及細(xì)胞器定位信號相結(jié)合而構(gòu)建的。傳感器“按需”的可控定位和近紅外光介導(dǎo)的原位激活有效地將成像功能限定到特定的細(xì)胞器，顯著提高了亞細(xì)胞分辨率，并避免了非特異性信號干擾。通過程序化的亞細(xì)胞區(qū)室定位以及近紅外光激活，實時監(jiān)測到了酶分子在氧化應(yīng)激下在不同細(xì)胞器間的動態(tài)轉(zhuǎn)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(nèi)亞細(xì)胞水平酶活性進行特異性成像分析。該方法為亞細(xì)胞水平精準(zhǔn)分子成像提供了新工具，有助于解析蛋白質(zhì)/酶的區(qū)室化分布和機制。
 
國家納米科學(xué)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(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（B類）等的支持。