新型单独及连续识别亚硝酰氢(HNO)/一氧化氮(NO)比率单荧光探针的设计、合成及生物成像应用研究

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基本信息

  • 批准号：
    21605059
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    20.0万
  • 负责人：
    何隆薇
  • 依托单位：
    济南大学
  • 学科分类：
    B0403.谱学方法与理论
  • 结题年份：
    2019
  • 批准年份：
    2016
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Nitroxyl (HNO) and nitric oxide (NO) are the important reactive nitrogen species (RNS) in human body. Though they differ in physiologic role, at the same time, there is a very close relationship between them. Most of the existing fluorescent probes contain one recognition site and respond to one special target, which makes them unsuitable for researching the relationship between two or more biologically active molecules in complicated living systems. This project chooses naphthalimide/benzothiazole-naphthalene as the energy donor and rhodamine as the energy acceptor to develop the FRET fluorescent moleculars with three emission bands or two-photon (TP) emission, and then further developing the single fluorescent probe that can respond to HNO, NO, and HNO/NO with multiple sets of fluorescence signals. The HNO/NO probes developed in this project are capable of detecting HNO/NO using three-color or TP ratiometric fluorescence imaging in living cells or tissues, which is significant for studying the physiological association between HNO and NO and their physiological function in living systems. It will also help explore the mechanism of the occurrence and development of HNO/NO-related diseases and develop relevant drugs.
亚硝酰氢（HNO）和一氧化氮（NO）是人体内重要的内源性活性氮物质（RNS），两者发挥着截然不同的生理功能，同时相互之间又存在着密切的联系。目前报道的大多数荧光探针只含一个识别位点，只能检测单一目标分子，这类探针不适合用于研究复杂生命体系中多个生物活性分子之间的联系。本项目旨在构建分别以萘酰亚胺和苯并噻唑萘为能量供体、罗丹明为能量受体的具有三发射带或双光子发射的FRET荧光分子平台，并基于该平台发展能单独和连续识别HNO和NO的具有多种信号模式的单荧光探针。本项目所发展的HNO/NO荧光探针可以通过三色或双光子比率荧光成像检测细胞和组织的HNO和NO，这对研究生命体系中HNO和NO之间的生理联系和它们的生理功能有重要意义，也有助于探索与HNO和NO相关疾病的发生发展机制以及研发治疗相关疾病的药物。

结项摘要

在荧光技术和光学显微镜设备的快速发展的背景下，研究人员急需具有高性能的荧光探针用于生物、医学、药学等领域中。本项目以“高性能荧光探针研究”为主线，开发了一系列高选择性、高灵敏度、多发射带的荧光探针，并用于细胞与小动物中相关生物分子的含量动态检测，及与相关疾病关系的研究。具体研究成果总结如下：.（1）我们将羟基苯基苯并噻唑部菁染料（HBTMC）和NBD通过醚键连接在一起，首次发展了能区分检测半胱氨酸/高半胱氨酸、谷胱甘肽和硫化氢的多信号模式荧光探针（HMN），并且通过三色荧光成像对细胞中三组硫醇进行了区分检测。.（2）我将具有不同发射波长的香豆素、苯并恶二唑和花色素组合成一个整体，构建了能首个能区分识别Cys/Hcy、GSH和H2S的三发色团荧光探针CNF，它作为荧光逻辑门分子可以同时展示OR、TRANSFER、INH、YES和NOT五种逻辑门关系。.（3）我们通过合理设计策略，构建了一种基于芳香取代-重排反应的新型特异性半胱氨酸比率荧光探针（Cou−SBD-Cl），它能够实现抗同源分子高半胱氨酸和谷胱甘肽的干扰，并且用于研究HeLa细胞和斑马鱼在氧化应激状态下Cys含量的动态变化。.（4）我们创造性地将刚性染料和分子转子结合，构建一个能在高粘性环境中进行高信背比检测的FRET比率型SO2荧光探针（RFC-MRC），细胞成像实验证明探针在正常状态下的HeLa细胞比处于凋亡状态的HeLa检测SO2展现出更高的信背比。.（5）我们选择SBD作为荧光信号团、三苯基膦盐作为线粒体靶向基团、芳香肼作为识别基团，构建了具有线粒体靶向的丙二醛荧光探针（Mito-FMP），并且用于检测HeLa细胞在氧化应激情况下线粒体丙二醛的含量变化以及洋葱组织的内源性丙二醛。. 该项目已取得了一系列研究进展，相关研究成果在国际著名期刊发表6篇SCI论文，包括Chemical Science（1篇）、Analytical Chemistry（2篇）、Chemical Communications（2篇）和Analytical Methods（1篇），并且有望在生物、医学、逻辑门等领域进行实际应用。

项目成果

期刊论文数量（9）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
A mitochondria-targeted fluorescent probe for imaging endogenous malondialdehyde in HeLa cells and onion tissues
用于对 HeLa 细胞和洋葱组织中内源性丙二醛进行成像的线粒体靶向荧光探针
  • DOI：
    10.1039/c7cc00512a
  • 发表时间：
    2017-04-14
  • 期刊：
    CHEMICAL COMMUNICATIONS
  • 影响因子：
    4.9
  • 作者：
    He, Longwei;Yang, Xueling;Lin, Weiying
  • 通讯作者：
    Lin, Weiying
Colorimetric and ratiometric fluorescent probe for hydrogen sulfide using a coumarin-pyronine FRET dyad with a large emission shift
使用具有大发射位移的香豆素-吡喃宁 FRET 二元体检测硫化氢的比色和比率荧光探针
  • DOI：
    10.1039/c6ay02537d
  • 发表时间：
    2016-01-01
  • 期刊：
    ANALYTICAL METHODS
  • 影响因子：
    3.1
  • 作者：
    He, Longwei;Yang, Xueling;Lin, Weiying
  • 通讯作者：
    Lin, Weiying
A multifunctional logic gate by means of a triple-chromophore fluorescent biothiol probe with diverse fluorescence signal patterns
采用具有多种荧光信号模式的三生色团荧光生物硫醇探针的多功能逻辑门
  • DOI：
    10.1039/c7cc07296a
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    Chemical Communications
  • 影响因子：
    4.9
  • 作者：
    He Longwei;Yang Xueling;Xu Kaixin;Yang Yunzhen;Lin Weiying
  • 通讯作者：
    Lin Weiying
A multi-signal fluorescent probe for simultaneously distinguishing and sequentially sensing cysteine/homocysteine, glutathione, and hydrogen sulfide in living cells.
一种多信号荧光探针，用于同时区分和顺序检测活细胞中的半胱氨酸/高半胱氨酸、谷胱甘肽和硫化氢
  • DOI：
    10.1039/c7sc00423k
  • 发表时间：
    2017-09-01
  • 期刊：
    Chemical science
  • 影响因子：
    8.4
  • 作者：
    He L;Yang X;Xu K;Kong X;Lin W
  • 通讯作者：
    Lin W
Rational Design of a Rigid Fluorophore Molecular Rotor-Based Probe for High Signal-to-Background Ratio Detection of Sulfur Dioxide in Viscous System
刚性荧光团分子转子探针的合理设计，用于粘性体系中二氧化硫的高信背景比检测
  • DOI：
    10.1021/acs.analchem.9b04103
  • 发表时间：
    2019-12-03
  • 期刊：
    ANALYTICAL CHEMISTRY
  • 影响因子：
    7.4
  • 作者：
    He, Longwei;Yang, Yunzhen;Lin, Weiying
  • 通讯作者：
    Lin, Weiying

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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