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基于超分辨FLIM方法的活细胞基因编辑动态检测
结题报告
批准号:
31771584
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
彭晓
依托单位:
学科分类:
C0709.细胞外微环境与细胞间通讯
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
Pliss Artem、赵志刚、何颖、祝铭、陈小平、王璐玮、袁淑怡、杨少壮、刘毋凡
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中文摘要
以CRISPR-Cas9为代表的新型基因编辑技术可在活细胞中特异性识别及编辑基因,在基因治疗、物种改良等方面具有重大意义和经济价值,但目前缺乏对活细胞中基因编辑过程进行纳米分辨和定量表征的合适的实时动态光学方法。本项目提出并发展一种受激发射损耗(STED)显微成像和双光子激发荧光寿命显微成像(FLIM)相结合的基因编辑多模态光学表征方法,利用STED方法获得荧光标记靶DNA超分辨结构信息,利用FLIM-FRET(荧光共振能量转移)方法获得Cas9等内切酶活性信息。两种成像方法联用,可实现活细胞基因编辑过程中核酸内切酶作用区域的生物分子和微环境变化的动态监测,从而为基因编辑效率的优化提供一种快速、高效的检测方法。本项目将建立一种对基因编辑进行活细胞定量分析的STED/FLIM多模态光学方法,在活细胞基因编辑研究领域具有重要科学意义和应用价值,并有望在生命科学定量分析领域获得广泛应用。
英文摘要
New gene editing techniques represented by CRISPR-Cas9 can efficiently recognize and edit the target genes in living cells, is of great scientific significance and economic value in the fields of gene therapy, genetic improvements of species and so on. However, there is a lack of established optical techniques for real-time dynamic analysis of gene editing process in living cells in a high-resolution (nano-scale) and quantitative way. Here, this project provides a multimodal super-resolution stimulated emission depletion (STED) microscopy combined with a two-photon excited fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM) optical technique for monitoring gene editing. STED technique can provide a resolution of ~50-100 nm of fluorescent dye labeled DNA. Meanwhile, FLIM modality will be used to analyze the activities of Cas9 enzymes as well as to monitor the interaction between enzymes and labeled DNA strands within 1-10 nm, through the fluorescence resonance energy transfer (FRET) method. As a result, STED and FLIM-FRET data sets will be mutually integrated to improve the resolution capabilities of nanoscopic imaging of bio-molecules and to monitor micro-environmental changes in the area of gene editing. Moreover, the development of this STED/FLIM super-resolution imaging method can provide a fast and efficient detection method for further optimization of gene editing efficiency. In conclusion, this project will establish a new optical STED/FLIM multimodal optical platform for quantitative analysis of gene editing process in live cells. The establishment of this method has important significance and application value in the field of gene editing inside living cells, which is also highly demanded in a broad area of quantitative analysis of life sciences.
细胞是生命活动的基本单位,目前细胞生物学中一个研究热点是以CRISPR-Cas9为代表的新型基因编辑技术,其可在活细胞中特异性识别及编辑基因,在基因治疗、物种改良等方面具有重大意义和经济价值,但目前缺乏对活细胞中基因编辑过程进行纳米分辨和定量表征的合适的实时动态光学方法。针对该问题,本项目提出并发展一种受激发射损耗(STED)显微成像和荧光寿命显微成像(FLIM)相结合的多模态光学表征方法,用来检测基因编辑过程,具体包括:在已有的基础上,提出并发展了一种对活细胞内特定区域实现STED/FLIM多模态成像方法;进一步对活细胞内生命过程过程中的关键分子开展光学显微成像。.与传统的生化检测及细胞生物学研究方法相比,本方法具有实时动态、无损、灵敏度高、分辨率好等优点,达到了本项目预期的单细胞细胞核内特定区域的定量检测等应用目标,并为研究活细胞的细胞核内染色质动态过程提供了一种通用的定量分析的STED/FLIM多模态光学方法,有望在细胞生物学机制研究特别是活细胞中功能研究及基因活性监测得到广泛应用。.综上所述,本项目具有较好的研究意义和应用价值。本项目研究成果发表期刊论文21篇(SCI收录20篇、EI收录1篇)及EI收录的会议论文1篇;申请国家发明专利2项,申请并获授权实用新型专利3项;参加学术会议4次;培养博士后2名、博士研究生1名、硕士研究生4名。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Monitoring the Cellular Delivery of Doxorubicin-Cu Complexes in Cells by Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy
通过荧光寿命成像显微镜监测细胞中阿霉素-铜复合物的细胞递送
DOI:10.1021/acs.jpca.0c00182
发表时间:2020
期刊:Journal of Physical Chemistry A
影响因子:2.9
作者:Peng Zheng;Nie Kaixuan;Song Yiwan;Liu Hao;Zhou Yingxin;Yuan Yufeng;Chen Danni;Peng Xiao;Yan Wei;Song Jun;Qu Junle
通讯作者:Qu Junle
DOI:10.1142/s1793545820410060
发表时间:2021-03
期刊:Journal of Innovative Optical Health Sciences
影响因子:2.5
作者:Peng Xiao;Song Yiwan;Peng Zheng;Nie Kaixuan;Liu Hao;Zhou Yingxin;Zhou Feifan;Yuan Yufeng;Song Jun;Qu Junle
通讯作者:Qu Junle
A diketopyrrolopyrrole-based hybrid organic nanoprobe for ratiometric imaging of endogenous hypochlorite in live cells
基于二酮吡咯并吡咯的混合有机纳米探针,用于活细胞内源性次氯酸盐的比率成像
DOI:10.1016/j.snb.2019.127632
发表时间:2020
期刊:Sensors and Actuators B: Chemical
影响因子:--
作者:Nie Kaixuan;Yuan Yufeng;Peng Xiao;Song Jun;Qu Junle
通讯作者:Qu Junle
A highly selective H/D exchange reaction of 1,4-dihydropyridines
1,4-二氢吡啶的高选择性H/D交换反应
DOI:10.1039/c9ob00575g
发表时间:2019
期刊:Organic and Biomolecular Chemistry
影响因子:3.2
作者:Wang Kaiqian;Chen Xiaoping;Peng Xiao;Wang Ping;Liang Feng
通讯作者:Liang Feng
Chlorogenation of pyrrole-based on di(pyridyl)pyrrolide ligand and synthesis of its ruthenium carbonyl complexes
二吡啶基吡咯配体的吡咯氯化反应及其钌羰基配合物的合成
DOI:10.1016/j.poly.2019.04.046
发表时间:2019
期刊:Polyhedron
影响因子:2.6
作者:Wang Yuan Mei;He Piao;Peng Xiao;Liu Shao Qian;Yi Xiao Yi
通讯作者:Yi Xiao Yi
基于超分辨 FLIM 方法的活细胞基因组 DNA 压缩的相分离监测
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    彭晓
  • 依托单位:
利用FLIM方法表征海洋双壳贝类的微塑料胁迫响应机制
  • 批准号:
    n/a
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    彭晓
  • 依托单位:
基于AOD-FLIM/CARS多模光学平台监测单个活细胞内RNA合成过程
  • 批准号:
    61405123
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    彭晓
  • 依托单位:
国内基金
海外基金