酶是人體不可或缺得生物大分子，可通過催化底物得化學(xué)反應(yīng)調(diào)控細(xì)胞得正常功能。然而，酶得催化活性異常與人類重大疾病得發(fā)生與發(fā)展密切相關(guān)（如癌癥、細(xì)胞衰老等）。
上年年，華東理工大學(xué)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、China蛋白質(zhì)中心、美國得克薩斯大學(xué)奧斯丁分校以及英國巴斯大學(xué)合作在酶激活型光控?zé)晒馊玖系贸叻直娉上袢〉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《美國化學(xué)會(huì)志》（JACS）。
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研究介紹（節(jié)選）
前期研究中，研究團(tuán)隊(duì)通過構(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)胞得靶向光控?zé)晒獬上瘢∟at.Commun. 2017, 8, 987），進(jìn)而通過人血清白蛋白（HSA）得引入，構(gòu)建了光控探針/蛋白質(zhì)復(fù)合物，提升了探針得雙熒光發(fā)射性能，實(shí)現(xiàn)了肝癌細(xì)胞得靶向雙熒光循環(huán)成像（J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 8671?8674）。
在上述基礎(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）水解得β-半乳糖基團(tuán)，同步抑制了螺吡喃得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)得蛋白復(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得光致變色和熒光性能。
基于探針獨(dú)特得光控“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）提升了探針得衍射極限（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)胞中得活性分布探測。
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研究結(jié)果（部分）
實(shí)驗(yàn)表明，卵巢癌細(xì)胞得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)用膜檢測算法（membrane detection algorithm）分析了兩種不同細(xì)胞中酶分布得數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建了兩種不同病理狀態(tài)下得多邊形模型圖，為酶催化生物大分子動(dòng)態(tài)修飾得亞細(xì)胞水平精準(zhǔn)成像提供了新得化學(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博士在華東理工大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院張雋佶副教授、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，并得到了田禾院士得悉心指導(dǎo)。
超高分辨成像實(shí)驗(yàn)得到了China蛋白質(zhì)中心得李娜老師、李瑤老師和于洋老師得指導(dǎo)。研究工作獲得了China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)目得資助。
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超高分辨顯微成像系統(tǒng)iSTORM
感謝所介紹得隨機(jī)光學(xué)重建顯微鏡STORM目前已在國內(nèi)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。力顯智能現(xiàn)已發(fā)布得超高分辨率顯微成像系統(tǒng) iSTORM，成功實(shí)現(xiàn)了光學(xué)顯微鏡對(duì)衍射極限得突破，使得在 20納米得分辨率尺度上從事生物大分子得單分子定位與計(jì)數(shù)、亞細(xì)胞及超分子結(jié)構(gòu)解析、生物大分子生物動(dòng)力學(xué)等方面得研究成為現(xiàn)實(shí)，從而給生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域帶來重大突破。
超高分辨率顯微成像系統(tǒng) iSTORM 具有 20 納米超高分辨率、3通道同時(shí)成像、3D同步拍攝、實(shí)時(shí)重構(gòu)、2小時(shí)新手掌握等特點(diǎn)，已實(shí)現(xiàn)活細(xì)胞單分子定位與計(jì)數(shù)，并提供熒光染料選擇、樣本制備、成像服務(wù)與實(shí)驗(yàn)方案整體解決方案，以納米級(jí)觀測精度、高穩(wěn)定性、廣泛環(huán)境適用、快速成像、簡易操作等優(yōu)異特性，獲得了市場認(rèn)可。
參考文獻(xiàn)
Photochromic Fluorescent Probe Strategy for the Super-resolution Imaging of Biologically important Biomarkers . Xianzhi Chai, Hai-Hao Han, Adam C. Sedgwick, Na Li, Yi Zang, Tony D. James, Junji Zhang*, Xi-Le Hu, Yang Yu, Yao Li, Yan Wang, Jia Li*, Xiao-Peng He*, He Tian J. Am. Chem. Soc., 上年, DOI: 10.1021/jacs.0c05379
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