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祝贺 | 课题组开发了一种靶向性荧光探针用于特异性示踪抑郁小鼠脑部5-羟色胺能神经元中的超氧阴离子自由基
发布时间:2023-11-24

1. 引言

负责合成,运输,分泌神经递质5-羟色胺(5-HT)的5-羟色胺能神经元在脑部生理活动中发挥了关键作用。脑部氧化应激导致的5-羟色胺能神经元功能紊乱与多种精神疾病的发生发展密切相关。作为氧化应激的重要标志物之一超氧阴离子自由基(O2•−)可以对蛋白、核酸、脂质等造成氧化损伤,影响神经元功能。因此,探究5-羟色胺神经元内O2•−的水平变化以及介导的信号通路是揭示抑郁症发病机制的关键。但是目前能够特异性靶向5-羟色胺神经元原位、实时监测O2•−水平变化的工具还未见报道。

2. 成果简介

基于以上背景,山东师范大学唐波教授/李平教授课题组发展了5-HT和帕罗西汀为靶向基团,以咖啡酸作为荧光团和O2•−的识别基团构建两个新型荧光探针PA-CA和HT-CA,用于成像5-羟色胺能神经元中O2•−水平的变化。利用PA-CA和HT-CA,我们实现了在特异性表达SERT的细胞中成像O2•−。通过双光子荧光成像技术,我们实现了对抑郁小鼠活体大脑中5-羟色胺能神经元中的O2•−原位观察。此外,通过蛋白质组学分析了O2•−对SERT的氧化修饰。这项工作证明了PA-CA和HT-CA在探究5-羟色胺能神经元相关疾病方面具有潜力。

该成果以“Tracing Superoxide Anion in Serotonergic Neurons of Living Mouse Brains with Depression by Small-Molecule Fluorescence Probes”为题发表在杂志Analytical Chemistry上。文章第一作者是山东师范大学王昕博士和博士研究生车飞达,山东师范大学李平教授和唐波教授为论文共同通讯作者。

3. 图文解说

 

1  A)HT-CA和PA-CA的分子结构。(B)50 μM PA-CA和50 μM HT-CA在与50 μM O2•–反应之前(黑色)和之后(红色)的吸收光谱。(C) 50 μM PA-CA和50 μM HT-CA与50μM O2•–反应前(黑色)和反应后(红色)的荧光发射光谱。(D) 50μM PA-CA与O2•–0-50μM)反应后的荧光光谱(左),以及荧光强度与O2•–浓度之间的关系(右)。(E) 50 μM HT-CA与O2•–0-50μM)反应后的荧光光谱(左)以及荧光强度与O2•–浓度之间的关系(右)。(F) 50 μM PA-CA和(G)50 μM HT-CA与其他常见干扰物质的荧光响应(100 μM Ca2+, (2) 10 mM K+, (3) 100 μM Mg2+, (4) 10 mM Na+, (5) 100 μM Fe3+, (6) 100 μM Fe2+, (7) 100 μM Cu2+, (8) 100 μM Mn2+, (9) 100 μM Ni2+, (10) 100 μM Zn2+, (11) 100 μM ClO, (12) 10 mM H2O2, (13) 100 μM NO, (14) 100 μM 1O2, (15) 100 μM ·OH, (16) 100 μM TBPH, (17) 1 μM ONOO, (18)  50 μM 探针, (19) 50 μM O2•–)。

 

2  (A) 用PA-CA对HEK293和hsert-HEK293细胞进行荧光成像。(B) A部分中相对荧光强度。(C)HT-CA对HEK293和hsert-HEK293细胞的荧光成像。(D) C部分中的相对荧光强度。

 

3  (A) 50 μM HT-CA与SERT抗体对HEK293和hsert-HEK293细胞进行荧光成像。(B) A部分中相对荧光强度。(C)50 μM PA-CA与SERT抗体对HEK293和hsert-HEK293细胞进行荧光成像。(D) C部分中相对荧光强度。

 

4  A) 使用PA-CA不同深度的大脑成像和3D图像。(B) A部分的相对荧光强度。(C)使用HT-CA不同深度的大脑成像和3D图像。(D) C部分的相对荧光强度。Control组:未给药的小鼠。Stress组:连续给予皮质甾酮 21天的小鼠。

 

5  A) 转录组学分析的操作图。(B) 抑郁小鼠和正常小鼠5-羟色胺能神经元关键因子和SERT相关因子表达水平的比较。(C) LC-MS/MS蛋白质组学分析操作图。(D) C29的氧化。(E) H43的氧化。(F) H55的氧化。

4. 总结与展望

氧化应激可导致大脑生理功能受损,其中O2•–作为第一个产生的ROS,可以反映神经元的氧化应激水平。5-羟色胺能神经元具有合成和运输5-HT的功能,在大脑生理活动中起着关键作用。因此,探索O2•–5-羟色胺能神经元中的功能对于理解脑疾病是必要的。基于此,我们构建了两种新的荧光探针(PA-CA和HT-CA),用于SERT靶向和O2•–识别。PA-CA和HT-CA对O2•–检测均具有良好的灵敏度和优异的选择性。这两种探针都可以监测在氧化应激下特异性表达SERT的活hsert-HEK293细胞中O2•–的增强。通过双光子荧光成像,我们首次发现抑郁小鼠活体大脑中5-羟色胺能神经元中的O2•–显著增加。更重要的是,蛋白质组学分析表明,O2•–可以氧化修饰SERT活性位点的半胱氨酸和组氨酸。这项工作为活体脑成像提供了新的材料,并为理解抑郁症的分子机制提供了新的策略。

 

5. 全文链接

全文链接:https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c02701

6. TOC

 

编辑:车飞达

审核:李玺威