动态监测线粒体自噬进程的pH比率响应型近红外荧光探针

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81771895
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    55.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H2706.分子影像
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Mitophagy is a spontaneous selective process of cells for removing the damaged or excess mitochondria. It plays critical roles in maintaining cell homeostasis. Mitophagy comprises key processes such as the decrease of mitochondrial membrane potential, ubiquitination of the mitochondrial outer membrane, formation of autophagosome followed the fusion with lysosomes. It has been reported that the continuous acidification in mitochondria is prerequisite for promoting the mitophagy processes. This study aims to establish a series of pH ratiometric near-infrared fluorescence probes. These probes are capable of crossing multiple physiological barriers after intravenous injection and then covalently anchor with the mitochondrial inner membrane. The probes will be protonated due to continuous acidification during the mitophagy, which results in the inhibition of internal charge transfer (ICT) and formation a dual absorption peaks with a ratiometric pH response. Measurement of the fluorescence intensity ratio upon excitation at the dual absorption wavelength will determine the mitochondrial pH and reveal its relationship to mitophagy processes. With the histopathological results as the gold standard, this study intends to compare the timeliness and accuracy of mitophagy probes with apoptotic or metabolic probes in evaluating the therapeutic responses of cytotoxic and neuroprotective drugs. In summary, this project not only provides new tools for real-time monitoring mitophagy process, but also creates a novel strategy for noninvasive evaluating therapeutic efficacy of innovative drug candidates.
线粒体自噬是细胞自发选择性清除受损或过量线粒体的过程,在维持细胞稳态等方面发挥重要作用。线粒体自噬包含受损线粒体膜电位降低、自噬体形成、溶酶体融合等关键进程,而线粒体内液持续性酸化是推动上述进程发展的必要条件。本项目拟构建一类pH比率响应型近红外荧光探针。该探针能够跨越多重生理屏障靶向锚定细胞线粒体内膜。线粒体自噬相伴随的酸化过程中,探针质子化抑制分子内电荷转移,形成强度呈比率型变化的双重吸收峰。拟合pH相关双波长激发荧光强度比值获得校正曲线,为实时测定线粒体pH值提供准绳。拟研究线粒体pH演变与线粒体自噬进程间的对应关系,以病理结果为金标准,运用光学、磁共振和核医学分子成像技术,比较pH比率响应型线粒体自噬探针与凋亡类、代谢类探针在评价化疗和神经保护药物疗效的时效性和准确率。由于近红外光高组织穿透性,本项目不但为活体监测线粒体自噬提供新的工具,还为创新药物疗效无创评估开辟新的途径。

结项摘要

线粒体自噬是细胞自发性、选择性清除受损或过量线粒体的过程,对调控线粒体数量和质量、减轻细胞负荷、避免细胞凋亡等方面发挥重要作用。包括神经退行性疾病在内多种疾病均表现为线粒体功能障碍和线粒体自噬过程受阻。对胞内线粒体自噬过程的动态、定量监测不但有助于探究疾病发生、发展机制,还可以为线粒体靶向药物筛选提供新工具。线粒体自噬包含受损线粒体膜电位降低、自噬体形成、溶酶体融合等关键进程并伴随pH值逐渐降低。因此我们提出监测线粒体自噬小体pH评估线粒体自噬进程的科学假说。本项目主要进展包括:(1)构建了一系列深红pH比率响应型探针,不但实现了生理环境pH定量读取,而且对活细胞线粒体表现很好靶向性。(2)实现了神经元细胞线粒体自噬过程的动态监测。发现了正常线粒体内液pH为8.0左右,线粒体自噬体pH酸化至6.0‒6.8,自噬体与溶酶体融合后pH下降至5.0‒5.5。(3)由于阿尔茨海默症等中枢神经系统疾病通常表现线粒体自噬水平缺失或下调。该探针有望通过监测线粒体自噬水平为线粒体靶标药物的筛选提供新工具。(4)拓展了pH响应探针在脑疾病诊疗方面医学应用。构建了pH响应表面增强拉曼(SERS)探针,发现了脑胶质瘤浸润组织恶性程度与组织间液酸化程度呈正相关性,提出了酸性“代谢边界”导航手术的新策略,提高了胶质瘤模型的切除率及生存时间,在胶质瘤病人手术切除组织上验证了酸化代谢边界的存在。总之,项目围绕活细胞线粒体自噬进程可视化的科学问题,构建了系列pH比率响应荧光/SERS探针,初步实现了神经元细胞中线粒体自噬过程的动态监测,揭示了线粒体pH变化与线粒体自噬进程间的对应关系,为以细胞线粒体为靶标药物的筛选提供新工具。项目执行期间申请人获得国家杰出青年基金,国家重点研发计划专项各1项,发表标注有本基金号的SCI收录论文10篇,其中IF > 10的文章3篇,申请发明专利3项,授权3项。培养博士研究生3名,获博士后创新人才支持计划1名,培养硕士研究生3名。

项目成果

期刊论文数量(10)
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 pH ratiometrically responsive surface enhanced resonance Raman scattering probe for tumor acidic margin delineation and image-guided surgery.
用于肿瘤酸性边缘描绘和图像引导手术的 pH 比率响应表面增强共振拉曼散射探针
  • DOI:
    10.1039/d0sc00844c
  • 发表时间:
    2020-04-07
  • 期刊:
    Chemical science
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Duan W;Yue Q;Liu Y;Zhang Y;Guo Q;Wang C;Yin S;Fan D;Xu W;Zhuang J;Gong J;Li X;Huang R;Chen L;Aime S;Wang Z;Feng J;Mao Y;Zhang XY;Li C
  • 通讯作者:
    Li C
Unsymmetrical pentamethine cyanines for visualizing physiological acidities from the whole-animal to the cellular scale with pH-responsive deep-red fluorescence.
不对称五次甲基花青,通过 pH 响应深红色荧光可视化从整个动物到细胞尺度的生理酸度
  • DOI:
    10.1039/d1ra02217b
  • 发表时间:
    2021-05-13
  • 期刊:
    RSC advances
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
  • 通讯作者:
Custom-Made Ceria Nanoparticles Show a Neuroprotective Effect by Modulating Phenotypic Polarization of the Microglia
定制的二氧化铈纳米颗粒通过调节小胶质细胞的表型极化显示出神经保护作用
  • DOI:
    10.1002/anie.201802309
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Angewandte Chemie International Edition
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zeng Feng;Wu Yingwei;Li Xinwei;Ge Xiaojiao;Guo Qinghua;Lou Xiaobing;Cao Zhonglian;Hu Bingwen;Long Nicholas J;Mao Ying;Li Cong
  • 通讯作者:
    Li Cong
Image-guided chemotherapy with specifically tuned blood brain barrier permeability in glioma margins.
图像引导化疗,特别调整神经胶质瘤边缘的血脑屏障通透性
  • DOI:
    10.7150/thno.24784
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Theranostics
  • 影响因子:
    12.4
  • 作者:
    Gao X;Yue Q;Liu Y;Fan D;Fan K;Li S;Qian J;Han L;Fang F;Xu F;Geng D;Chen L;Zhou X;Mao Y;Li C
  • 通讯作者:
    Li C
An electric-field-responsive paramagnetic contrast agent enhances the visualization of epileptic foci in mouse models of drug-resistant epilepsy
电场响应顺磁造影剂增强耐药性癫痫小鼠模型中癫痫病灶的可视化
  • DOI:
    10.1038/s41551-020-00618-4
  • 发表时间:
    2020-09-28
  • 期刊:
    NATURE BIOMEDICAL ENGINEERING
  • 影响因子:
    28.1
  • 作者:
    Wang, Cong;Sun, Wanbing;Li, Cong
  • 通讯作者:
    Li, Cong

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其他文献

生态系统服务与人类福祉mdash;mdash;文献综述与分析框架
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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    罗军
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    10.6041/j.issn.1000-1298.2021.11.039
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    张原嘉
易地移民搬迁农户的生计恢复力测度及影响因素分析
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    西安交通大学学报(社会科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李聪;王磊;康博纬;高梦
  • 通讯作者:
    高梦

其他文献

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  • 财政年份:
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  • 项目类别:
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AI项目解读示例

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

        graph TD
          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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