【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，大連化學(xué)物理研究所生物技術(shù)研究部分子探針與熒光成像研究組(1818組)徐兆超研究員、喬慶龍副研究員團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，脂水分配系數(shù)——Clog P決定了熒光染料對脂滴(LD)的染色性能，Clog P值在2.5到4之間的熒光染料可以在脂滴外部形成緩沖池，取代脂滴內(nèi)的光漂白染料，以保持脂滴中的恒定熒光強(qiáng)度，從而實現(xiàn)脂滴的動態(tài)超分辨率成像。團(tuán)隊在Clog P的指導(dǎo)下，開發(fā)出四種不同顏色的緩沖脂滴探針，涵蓋可見光譜范圍。
 

　　活細(xì)胞的超分辨率熒光成像越來越需要能夠進(jìn)行多色和長時間動態(tài)成像的熒光探針，了解探針-靶標(biāo)識別的機(jī)制對于此類探針的工程開發(fā)至關(guān)重要。脂滴作為細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)儲存與能量代謝的核心細(xì)胞器，扮演著響應(yīng)代謝需求、解讀環(huán)境信號并維護(hù)細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵角色。它們不僅承載著脂質(zhì)儲備的基本功能，還廣泛參與信號傳導(dǎo)及多種疾病進(jìn)程，其生物學(xué)重要性不言而喻。然而，可視化脂滴的動態(tài)行為面臨挑戰(zhàn)，主要是因為它們體積小、變化快、異質(zhì)性強(qiáng)、在細(xì)胞環(huán)境中不可預(yù)測等。傳統(tǒng)成像技術(shù)，通常難以實時可視化如此精細(xì)且動態(tài)的脂滴世界。這需要在納米尺度上觀察脂滴之間、脂滴與其他細(xì)胞器之間的相互作用，以及需要長期成像來探索完整的、以前未知的脂滴動態(tài)過程。因此，研發(fā)高性能脂滴熒光探針尤為重要，它們應(yīng)兼具高靈敏度、卓越時空分辨率及抗光漂白的特性，以實現(xiàn)長期超分辨率成像。
 

　　針對以上挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊提出了緩沖探針來解決超分辨率成像中的光漂白問題(ACS Sens.，2024；Anal. Chem. ，2024；Adv. Sci.，2024)：一旦目標(biāo)結(jié)構(gòu)內(nèi)的探針發(fā)生光漂白，儲存在附近的熒光探針就可以有效地取代漂白的探針，以確保穩(wěn)定的熒光信號與長時間穩(wěn)定的超分辨率成像。研究團(tuán)隊開發(fā)的脂滴緩沖熒光探針LD-FG解決了脂滴動態(tài)超分辨成像中的光漂白問題(Angew. Chem. Int. Ed.，2021)，從而發(fā)現(xiàn)了脂滴各種動態(tài)過程，包括兩種新的脂滴融合模式，以及不同細(xì)胞區(qū)域和不同細(xì)胞之間的異質(zhì)性。
 

　　在此基礎(chǔ)上，本研究利用Clog P引導(dǎo)開發(fā)多色的脂滴緩沖探針，并發(fā)現(xiàn)Clog P值在2.5至4之間的熒光染料對脂滴染色具有最優(yōu)的緩沖能力。團(tuán)隊以Clog P為評價標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)地篩選了包括萘二甲酰亞胺、NBD、BODIPY衍生物等一系列熒光染料，發(fā)現(xiàn)了四種不同顏色的脂滴緩沖熒光探針，分別為LD-BFP405、LD-BFP450、LD-BFP488和LD-BFP543。這些探針具有中等脂溶性，可以實現(xiàn)脂滴的免洗成像，且具有較高的光穩(wěn)定性，適用于多目標(biāo)超分辨熒光成像。團(tuán)隊利用這些脂滴緩沖探針，使用結(jié)構(gòu)化照明顯微鏡(SIM)，追蹤了脂滴動力學(xué)在細(xì)胞鐵死亡過程中的作用，包括過表達(dá)的ACSL3蛋白的分泌、儲存和降解。研究發(fā)現(xiàn)，在鐵死亡期間，過表達(dá)的ACSL3蛋白可能以囊泡形式分泌到細(xì)胞質(zhì)中，脂滴通過膜融合與這些囊泡相互作用，作為表達(dá)蛋白的儲存位點。此外，這些蛋白質(zhì)可能進(jìn)一步與溶酶體等細(xì)胞器相互作用，或通過脂吞噬降解以維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。這些探針不僅增強(qiáng)了科研工作者可視化脂滴動態(tài)的能力，而且有望加深對細(xì)胞過程和疾病下脂滴生物學(xué)的理解。
 

　　相關(guān)研究成果以“Clog P-Guided Development of Multi-Colored Buffering Fluorescent Probes for Super-Resolution Imaging of Lipid Droplet Dynamics”為題，于近日發(fā)表在《先進(jìn)科學(xué)》(Advanced Science)上。該工作的第一作者為我所1818組已畢業(yè)博士研究生陳婕，以上研究工作得到國家自然科學(xué)基金、我所創(chuàng)新基金等項目的支持。(文/圖 喬慶龍、陳婕)