分享一篇发表在JACS Au上的文章，题目为 “Spatiotemporal Imaging of Catechol Aldehydes in Neural Tissue”，通讯作者是来自埃默里大学化学系的Monika Raj助理教授，她的主要研究方向是利用化学探针、传感器等研究蛋白修饰。

儿茶酚醛（CAs），特别是3,4-二羟基苯乙醛（DOPAL）和3,4-二羟基苯乙二醇醛（DOPEGAL），具有较大的细胞毒性，并与神经退行性疾病的发病机制密切相关。了解大脑中CAs的动态变化过程对于研究神经退行性疾病至关重要。在本文中作者基于荧光共振能量转移（FRET）原理，创新性地设计了一套荧光传感器系统用于细胞和神经组织中CAs选择性成像。

神经组织中单胺氧化酶（MAO）对去甲肾上腺素（NE）和多巴胺（DA）的氧化脱氨会产生CAs，特别是DOPEGAL和DOPAL以及过氧化氢。在正常的生理条件下，这些代谢物通过醛脱氢酶（ALDH）或醛还原酶（AR）将其解毒为相应的羧酸（DOPAC）或醇（DHPG）。然而，当细胞氧化应激时，ALDH、AR和其他解毒酶的活性下降，导致有毒代谢物DOPAL和DOPEGAL大量积累。这些代谢物可以与具有亲核性的生物大分子反应，形成交联结构，如神经纤维缠结（NFT），导致这些生物大分子不可逆的结构和功能变化。这些改变会导致各种神经退行性疾病的发生，包括帕金森病（PD）、阿尔茨海默病（AD）、亨廷顿病和精神分裂症等等。截至目前尚无法实现在活细胞和组织中可视化CAs。

基于此作者开发了一种基于FRET效应的荧光传感器，用于对细胞和组织中的儿茶酚醛进行特异性可视化。该传感器利用了CAs的醛和儿茶酚结构，采用两步关键反应，首先，二胺-苯基-吡咯硼（BODIPY）（1a）与醛反应生成苯并咪唑-BODIPY（2a）。与此同时，苯硼酸-RhoB（3a）与儿茶酚反应生成硼酸酯-RhoB（4a）。这种双反应机制导致CAs特有的FRET信号产生，因为苯并咪唑-BODIPY与非儿茶酚醛（2×）不能形成FRET pair，即使在其他反应基团存在时也能准确识别活细胞中的CAs

为了减轻光谱串扰和光漂白等问题，作者使用荧光寿命成像显微镜来检测FRET donor荧光寿命的变化以此提升检测精度。作者发现该荧光传感器可以成功检测到由外源加入NE和DA产生的CAs以及细胞内源产生的CAs。于是作者接下来将该策略应用于研究CAs在不同脑区中空间可分辨成像。DA主要在黑质中生成DOPAL而NE主要在蓝斑中产生DOPEGAL。作者构建了多巴胺β-羟化酶基因敲除（DBH−/−）小鼠，这些小鼠缺乏将DA转换为NE所需的酶，无法在LC中产生DOPEGAL。经过探针处理后作者将小鼠脑区的黑质和蓝斑分离分别制备冷冻切片并进行荧光成像，结果显示只能在敲除小鼠的黑质中检测到荧光信号，蓝斑中则没有，说明该系统可以实现对于不同脑区的CAs分布进行检测。

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总而言之作者开发了一种基于FRET效应的双反应荧光成像系统用于神经组织中儿茶酚醛的时空成像。

本文作者：TZM

责任编辑：LYC

DOI：10.1021/jacsau.4c01249

原文链接：https://doi.org/10.1021/jacsau.4c01249