"Turn-on"型次磺酸荧光探针的设计与合成

ROS(Reactive oxygen species) signaling acts as an important regulator of physiological and pathophysiological outcomes and is thus high related to a serials of disease like cardiovascular disease, human degenerative diseases, hearing impairment via cochlear damage, congenital deafness , cancers, Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and so on. The formation of protein sulfenic acids (RSOH) through the oxidation of protein (RSH) by ROS was thought to be a key step in this process. Because the ROS signaling are complicate, dynamic biological activities, the fast, in situ and real-time detection of sulfenic acid is very important and even crucial to the research of redox signaling processes and the pathological study of related diseases. However, as we know, there is seldom such kind of assays. As the name suggests, the “turn-on” fluorescent probes can be turned on by reacting with analyte and have been employed for rapid and real-time detection of a serials of intracellular biological species like hydrogen sulfide, biothiols and so on. In this project, we will try to develop "turn-on" fluorescent probes for fast, in situ detection of intracellular sulfenic acid. The sulfenic acid is nucleophilic, and thus we will study its’ reactions towards strained cycloalkyne and their related tandem reactions, design and synthesize fluorescent probes for sulfenic acid, and test their applications in real biological samples like cell imagings. Because the intracellular sulfenic acids mainly exist in the form of protein bounded sulfenic acids, it is possible for us to use these probes to study the dynamic protein sulfenylation. The results of this project should be helpful for reactive oxygen species signaling study and related diseases diagnosis.

活性氧信号转导在生物体内的生理和病理活动中起了重要的调节作用。胞内活性氧氧化蛋白质巯基（RSH）侧链生成蛋白质次磺酸 (RSOH)是该过程中的关键步骤之一。蛋白质次磺酸的快速、原位、动态检测对活性氧信号转导及活性氧相关疾病研究具有重要意义，但鲜有报导。“Turn-on”型荧光探针分子可与被测物作用，致使荧光由“off”转为“on”，实现对被测物的快速、无伤检测，已被广泛用于细胞内活性分子的快速、原位、实时检测。本项目将基于次磺酸的亲核性，研究次磺酸与张力环炔及其相关的串联反应，设计并合成次磺酸检测的“turn-on”型荧光探针分子，对其进行一系列的体外测试与评估，初步探索其在生物样品如细胞成像中的应用。因胞内次磺酸主要以蛋白质次磺酸形式存在，故申请者认为可通过本项目的研究实现胞内蛋白质次磺酸化的原位、实时、动态检测，为活性氧信号转导研究以及相关疾病研究诊断提供有力的工具。

活性氧信号转导在生物体内的生理和病理活动中起了重要的调节作用。胞内活性氧氧化蛋白质巯基（RSH）侧链生成蛋白质次磺酸 (RSOH)是该过程中的关键步骤之一。蛋白质次磺酸化被认为是氧化生物学与病理学的中心，与一系列生理功能以及相关疾病病理学密切相关。尽管学者们已对蛋白质次磺酸化进行了较为深入的研究并发展了一系列的次磺酸化蛋白质标记试剂。然而，胞内次磺酸快速、原位、实时动态检测方法尚待发展。考虑到蛋白质次磺酸相对较差的稳定性，该工具的发展对活性氧信号转导及活性氧相关疾病研究具有重要意义。在基金的支持下，我们对此进行了研究。通过对次磺酸模型底物与肼类化合物反应的研究，我们发现萘肼类化合物可迅速与其反应生成胺类化合物。基于该反应，我们发展了“turn-on”型次磺酸荧光标记试剂。与次磺酸迅速反应后，萘酰亚胺肼类化合物中肼基团迅速转化为胺基，肼基团的PET荧光淬灭效应遭到破坏，荧光强度大大增强。基于毗邻效应（proximity effects），通过连接光交联基团和炔基，我们发展了蛋白质次磺酸化ABPP“turn-on”型三功能标记试剂。通过该试剂，我们分别实现了胞内蛋白质次磺酸化实时动态检测、次磺酸化蛋白质“off-on”型荧光标记以及次磺酸化蛋白质的“pull-down”分析。此外，我们也成功将该探针用于活性氧物种引起的蛋白质次磺酸化动力学研究。使用该工具，我们研究了胞内活性氧调控与蛋白质次磺酸化、相关细胞生理活动以及病理活动之间的关系。我们认为该工具的开发将有利于进一步揭示蛋白质巯基次磺酸这一动态翻译后修饰在氧还信号转导以及相关疾病如癌症糖尿病等病理学中扮演的重要角色，并为这些疾病的预诊断以及相关药物的开发提供重要的信息。在基金支持下，我们还发展了糖尿病并发症标记物甲基乙二醛比率型荧光探针并成功将其用于糖尿病病人血液样本分析；发展了同属活性硫与活性氧的硫烷硫近红外荧光探针并用于跟踪模式植物拟南芥根部随生长周期变化硫烷硫的浓度；对亚磺酸化蛋白质标记试剂的开发进行了初步的研究。