Multicolor live-cell chemical imaging by isotopically edited alkyne vibrational palette.
Multicolor live-cell chemical imaging by isotopically edited alkyne vibrational palette.
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DOI：
10.1021/ja502706q
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发表时间：
2014-06-04
影响因子：
15
通讯作者：
Min, Wei
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Chen, Zhixing;Paley, Daniel W.;Wei, Lu;Weisman, Andrew L.;Friesner, Richard A.;Nuckolls, Colin;Min, Wei
振动成像（如拉曼显微镜）是一种强大的技术，可以通过化学对比来可视化活细胞和组织中的各种分子。超越了传统的无标签方式，最近的进展耦合炔振动标签与受激拉曼散射显微镜为成像宽谱的炔标记的小生物分子铺平了道路，具有卓越的灵敏度，特异性，分辨率，生物相容性和最小的扰动。不幸的是，目前可用的炔标签只能处理单一的振动“颜色”，这就妨碍了荧光显微镜常规操作的小分子多重化学成像。在这里，我们使用基于13c的同位素编辑策略开发了炔标签的三色振动调色板。我们首次利用新开发的炔交叉复分解反应合成了DNA代谢报告物质EdU的13C同位素。与理论预测一致，单-13C （13C≡12C）和双-13C （13C≡13C）标记的炔同位素物显示红移的拉曼峰，并从最初未标记的（12C≡12C）炔基探针中光谱分辨出来。通过同时处理三种不同的同位素编辑的炔基代谢报告基因，我们进一步展示了活体哺乳动物细胞中新生DNA、RNA和新摄取的脂肪酸的三色化学成像。由此提出的炔振动调色板开启了小生物分子的多色成像，开启了化学成像的新维度。
Vibrational imaging such as Raman microscopy is a powerful technique for visualizing a variety of molecules in live cells and tissues with chemical contrast. Going beyond the conventional label-free modality, recent advance of coupling alkyne vibrational tags with stimulated Raman scattering microscopy paves the way for imaging a wide spectrum of alkyne-labeled small biomolecules with superb sensitivity, specificity, resolution, biocompatibility, and minimal perturbation. Unfortunately, the currently available alkyne tag only processes a single vibrational “color”, which prohibits multiplex chemical imaging of small molecules in a way that is being routinely practiced in fluorescence microscopy. Herein we develop a three-color vibrational palette of alkyne tags using a 13C-based isotopic editing strategy. We first synthesized 13C isotopologues of EdU, a DNA metabolic reporter, by using the newly developed alkyne cross-metathesis reaction. Consistent with theoretical predictions, the mono-13C (13C≡12C) and bis-13C (13C≡13C) labeled alkyne isotopologues display Raman peaks that are red-shifted and spectrally resolved from the originally unlabeled (12C≡12C) alkynyl probe. We further demonstrated three-color chemical imaging of nascent DNA, RNA, and newly uptaken fatty-acid in live mammalian cells with a simultaneous treatment of three different isotopically edited alkynyl metabolic reporters. The alkyne vibrational palette presented here thus opens up multicolor imaging of small biomolecules, enlightening a new dimension of chemical imaging.
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