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Angew. Chem.:活细胞内通过光催化反应实现可见光释放生物活性分子

实时调控细胞生命活动对研究细胞的生理功能具有重要价值。由于光优异的时空分辨率,生物相容的光引发化学工具可用于原位实时调控动态的生命过程。传统的光去笼方法通过光直接照射底物分子切断化学键从而释放生物活性分子,光去笼方法近来的新发展希望实现如下重要新特质:一、通过廉价易得的可见光光源实现更好的生物穿透性;二、底物具有光稳定性从而无需当场制备;三、可定位的特异性光去笼。相比于直接光照射方法,光催化氧化还原反应使用能量较低的可见光,底物在光催化剂不存在时对光惰性从而便于贮存。但目前将光催化氧化还原反应应用于细胞存在如下困难:一、常用的过渡金属光催化剂具有潜在的细胞代谢毒性,会使其应用受到限制;二、细胞内广泛存在的氧气及各种抗氧化剂会影响自由基活性物种进而淬灭光催化氧化还原反应。


中国科学院上海有机化学研究所生命有机化学国家重点实验室的陈以昀课题组与上海交通大学医学院徐天乐课题组合作,首次报道了将常用于荧光成像的有机荧光分子作为生物相容的光催化剂,在细胞内利用氧气及抗氧化剂通过光催化氧化还原反应产生过氧化氢,从而进行脱硼羟基化反应去笼释放生物活性分子。使用家用CFL灯或低能量蓝色LED灯作为光源,该反应在中性水溶液中可以对含有酚、羟基、氨基基团的生物分子实现高效的光去笼释放。该方法可以通过光释放IPTG分子有效光调控大肠杆菌中的蛋白表达,并且可以通过光释放巴氯芬药物有效调控GABAB受体功能,从而对小鼠脑片中神经细胞的膜电位进行高时空分辨率的光调控。最后使用线粒体定位荧光染料作为具有定位效应的光催化剂,借助于过氧化氢在细胞内的有限自由扩散,实现了亚细胞定位的可见光去笼。该研究展示了光催化氧化还原反应应用于细胞及生命体系研究的广阔前景,并提出了有机荧光染料具有示踪与调控生命过程的双重功能,对相关领域的研究具有重要的启示。


相关结果近期发表在 Angewandte Chemie International Edition,文章第一作者为博士研究生王浩岩


该论文作者为:Haoyan Wang, Wei-Guang Li, Kaixing Zeng, Yan-Jiao Wu, Yixin Zhang, Tian-Le Xu*, and Yiyun Chen*

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Photocatalysis Enables Visible Light Uncaging of Bioactive Molecules in Live Cells

Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201811261


导师介绍

陈以昀

http://www.x-mol.com/university/faculty/15580


(本稿件来自Wiley


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