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AIE-ACQ荧光团联用构建线粒体膜电位的双色型荧光探针及其生物应用

批准号:
22105020
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
张若瑶
依托单位:
学科分类:
有机功能材料化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
张若瑶

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
线粒体膜电位在合成ATP、细胞癌变和细胞凋亡等过程中起关键作用。目前双色、比率检测线粒体膜电位的荧光探针的设计缺乏普适性的策略。在本项目中,利用线粒体膜电位的高低可导致探针分子在线粒体上富集浓度具有显著差异的特点,申请人首次提出以非共轭形式连接具有不同荧光发射波段的聚集诱导发光(AIE)荧光团、聚集诱导荧光淬灭(ACQ)荧光团、和线粒体靶向基团构建探针的策略,开发能够双色检测线粒体膜电位的荧光探针。.新构建的探针在线粒体膜电位高时,以高浓度聚集到线粒体上,可检测到以AIE荧光团的荧光为主体的荧光信号;当线粒体膜电位低时,线粒体上探针浓度较低,可检测到以ACQ荧光团的荧光为主体的荧光信号。本项目将利用上述荧光探针系统地研究不同种类癌细胞和正常细胞线粒体膜电位的差异以及细胞在不同生理状态尤其是凋亡状态下的线粒体膜电位变化。为研究线粒体在细胞癌变以及细胞凋亡等过程中的作用机制提供理论和实验基础。
英文摘要
Mitochondrial membrane potential plays a key role in the process of ATP synthesis, cell carcinogenesis and cell apoptosis. At present, the design of dual-color ratiometric fluorescent probes for detecting mitochondrial membrane potential lacks a universal strategy. As the level of mitochondrial membrane potential can cause significant differences in the concentration of probe molecules in mitochondria, in this project, the applicant firstly proposes a strategy that non-conjugated combination of aggregation-induced emission (AIE) fluorophores and aggregation-caused quenching (ACQ) fluorophores with different emission, and mitochondrial targeting groups to construct probes. Using this strategy, the fluorescent probe capable of detecting mitochondrial membrane potential in dual colors can be widely developed..When mitochondrial membrane potential is in high level, the newly constructed probe molecules accumulate on mitochondria at a high concentration. So the fluorescence signal detected is mainly from AIE fluorophores. When mitochondrial membrane potential is low, the concentration of probe molecules on mitochondria is also low. So the fluorescence signal detected is mainly from ACQ fluorophores. In this project, we will systematically study the difference of mitochondrial membrane potential between different types of cancer cells and normal cells, and study the change of mitochondrial membrane potential of cells in different physiological stages, especially in apoptosis stage. This project will provide theoretical and experimental basis for the mechanism research of mitochondria in the process of cell carcinogenesis and cell apoptosis.
开发线粒体膜电位荧光探针对于研究细胞能量代谢、细胞癌变和细胞凋亡过程具有重要意义。基于线粒体内膜具有外正内负的跨膜电位,在本项目中,申请人首先开发出一类具有适当粒子半径、能够特异性靶向癌细胞线粒体的亲脂性阳离子型荧光探针,在线粒体膜电位降低时从线粒体迁移至核仁,通过染色位置改变监测线粒体膜电位;开发出响应环境酸碱性、能够双色区分线粒体和溶酶体的亲脂性阳离子荧光探针,通过染色位置和颜色的改变监测线粒体膜电位。利用上述探针,我们确认了线粒体的氧化损伤能够引起癌细胞的细胞周期阻滞、凋亡和自噬,并探究了不同抗癌药物作用癌细胞引起线粒体和溶酶体损伤的差异。基于在本项目中对荧光分子靶向性的研究,申请人进行了拓展和延伸,研制了其他亚细胞结构靶向的荧光探针:双色区分脂滴和溶酶体、自报告细胞自噬过程的荧光探针;不受线粒体膜电位干扰、专一靶向细胞核仁和RNA的荧光探针;专一靶向溶酶体的荧光探针。利用上述探针,我们发现癌细胞自噬会引起溶酶体pH降低,溶酶体氧化损伤会引起癌细胞凋亡,溶酶体氧化损伤后的星形胶质细胞会引起健康血脑屏障细胞的继发损伤。此外,申请人还研制了阳离子型光敏剂以增强革兰氏阳性菌对氨基糖苷类抗生素的敏感性。受项目资助,申请人发表SCI论文11篇,其中以一作或通讯作者身份发表论文6篇,以第一发明人身份授权国家发明专利2项,指导研究生5名,其中已毕业1名,参加了4个国内学术会议,以会议组织委员会委员身份参与筹办了国内学术会议1次。
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