分享一篇發(fā)表在JACS Au上的文章，題目為 “Spatiotemporal Imaging of Catechol Aldehydes in Neural Tissue”，通訊作者是來自埃默里大學化學系的Monika Raj助理教授，她的主要研究方向是利用化學探針、傳感器等研究蛋白修飾。
兒茶酚醛（CAs），特別是3,4-二羥基苯乙醛（DOPAL）和3,4-二羥基苯乙二醇醛（DOPEGAL），具有較大的細胞毒性，并與神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機制密切相關。了解大腦中CAs的動態(tài)變化過程對于研究神經(jīng)退行性疾病至關重要。在本文中作者基于熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）原理，創(chuàng)新性地設計了一套熒光傳感器系統(tǒng)用于細胞和神經(jīng)組織中CAs選擇性成像。
神經(jīng)組織中單胺氧化酶（MAO）對去甲腎上腺素（NE）和多巴胺（DA）的氧化脫氨會產(chǎn)生CAs，特別是DOPEGAL和DOPAL以及過氧化氫。在正常的生理條件下，這些代謝物通過醛脫氫酶（ALDH）或醛還原酶（AR）將其解毒為相應的羧酸（DOPAC）或醇（DHPG）。然而，當細胞氧化應激時，ALDH、AR和其他解毒酶的活性下降，導致有毒代謝物DOPAL和DOPEGAL大量積累。這些代謝物可以與具有親核性的生物大分子反應，形成交聯(lián)結(jié)構，如神經(jīng)纖維纏結(jié)（NFT），導致這些生物大分子不可逆的結(jié)構和功能變化。這些改變會導致各種神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生，包括帕金森病（PD）、阿爾茨海默病（AD）、亨廷頓病和精神分裂癥等等。截至目前尚無法實現(xiàn)在活細胞和組織中可視化CAs。
基于此作者開發(fā)了一種基于FRET效應的熒光傳感器，用于對細胞和組織中的兒茶酚醛進行特異性可視化。該傳感器利用了CAs的醛和兒茶酚結(jié)構，采用兩步關鍵反應，首先，二胺-苯基-吡咯硼（BODIPY）（1a）與醛反應生成苯并咪唑-BODIPY（2a）。與此同時，苯硼酸-RhoB（3a）與兒茶酚反應生成硼酸酯-RhoB（4a）。這種雙反應機制導致CAs特有的FRET信號產(chǎn)生，因為苯并咪唑-BODIPY與非兒茶酚醛（2×）不能形成FRET pair，即使在其他反應基團存在時也能準確識別活細胞中的CAs
為了減輕光譜串擾和光漂白等問題，作者使用熒光壽命成像顯微鏡來檢測FRET donor熒光壽命的變化以此提升檢測精度。作者發(fā)現(xiàn)該熒光傳感器可以成功檢測到由外源加入NE和DA產(chǎn)生的CAs以及細胞內(nèi)源產(chǎn)生的CAs。于是作者接下來將該策略應用于研究CAs在不同腦區(qū)中空間可分辨成像。DA主要在黑質(zhì)中生成DOPAL而NE主要在藍斑中產(chǎn)生DOPEGAL。作者構建了多巴胺β-羥化酶基因敲除（DBH?/?）小鼠，這些小鼠缺乏將DA轉(zhuǎn)換為NE所需的酶，無法在LC中產(chǎn)生DOPEGAL。經(jīng)過探針處理后作者將小鼠腦區(qū)的黑質(zhì)和藍斑分離分別制備冷凍切片并進行熒光成像，結(jié)果顯示只能在敲除小鼠的黑質(zhì)中檢測到熒光信號，藍斑中則沒有，說明該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對于不同腦區(qū)的CAs分布進行檢測。
?總而言之作者開發(fā)了一種基于FRET效應的雙反應熒光成像系統(tǒng)用于神經(jīng)組織中兒茶酚醛的時空成像。
本文作者：TZM
責任編輯：LYC
DOI：10.1021/jacsau.4c01249
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/jacsau.4c01249
