新型活细胞SIM超分辨有机荧光探针及其在亚细胞结构长时程动态相互作用研究中的应用

基本信息
批准号:31770924
项目类别:面上项目
资助金额:59.00
负责人:张玉慧
学科分类:
依托单位:华中科技大学
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:李梅花,韩于冰,孙佩,林惠敏,张文婷,张朦,匡剑侠,刘凯全
关键词:
活细胞有机荧光探针亚细胞结构SIM超高分辨成像示踪
结项摘要

Increasing evidence indicates that intracellular organelles are integrated into cellular networks and collaborate on various cellular tasks rather than acting as isolated entities. The dynamic physical interactions between intracellular organelles are considered to play pivotal roles in many important cellular processes and characterization of these long-term nanometer-scale dynamic physical interactions is essential for understanding functions of intracellular organelles. The recent development of structured illumination microscopy (SIM), which offers substantially improved spatiotemporal resolution, provides a powerful tool for characterizing the dynamics of subcellular structures in live cells. However, limitations of the existing fluorescent probes for intracellular organelles, such as photobleaching and a nonspecific background, hinder the characterization of dynamic physical interactions between intracellular organelles in live cells by SIM, leading to an incomplete understanding of functions of intracellular organelles. In this proposal, we will develop a new strategy for delivering cell-impermeable SIM organic fluorescent probes into live cells by using new types of cell-penetrating peptides (CPP) after a simple co-incubation procedure. Our new delivery strategy will not require a covalent bond between CPPs and organic fluorescent probes, which will significantly expanding the number of organic fluorescent probes available for live-cell SIM super-resolution multi-color imaging. We will utilize our new delivery strategy and organic fluorescent probes to label intracellular organelles and obtain long-term dual-color SIM super-resolution images in live cells. We anticipate that these fluorescent probes and the delivery strategy will be helpful tools for SIM super-resolution imaging and substantially benefit characterizations of dynamic physical interactions between intracellular organelles in living cells. Our results will possibly open up new avenues for designing organic fluorescent probes for live-cell long-term SIM super-resolution imaging and provide new tools for understanding the function and dynamic interplay of intracellular organelles in live cells.

亚细胞结构间的动态相互作用在各种生理过程中发挥重要作用并有可能为相关疾病的诊断和治疗提供理论基础和新的突破点。结构光照明超分辨显微成像技术(SIM)为长时程研究活细胞内亚细胞结构间的快速动态相互作用提供了一种非常有效的工具并已成为当前研究热点之一。但因现有SIM有机荧光探针存在易光漂白、背景高、能透膜探针数量有限等问题,极大限制了SIM技术在长时程亚细胞结构动态相互作用研究中的应用并成为关键瓶颈之一。本项目将在国际上首次利用非共价连接的细胞穿膜肽运送本身不透膜的SIM有机荧光探针进入活细胞内,拟得到一系列能在活细胞内特异标记各种亚细胞结构、能进行长时程、多色SIM成像的有机荧光探针,并应用于活细胞内亚细胞结构间的长时程动态相互作用研究。本项目将极大拓展活细胞SIM有机荧光探针的种类和数量,为活细胞超分辨有机荧光探针设计提供一种新策略,同时为进一步揭示和理解亚细胞结构间动态相互作用奠定基础。

项目摘要

利用超分辨显微成像技术对活细胞中的亚细胞结构进行快速、长时程超分辨成像对于进一步理解和揭示亚细胞结构的生理功能具有重要意义。要实现对活细胞亚细胞结构的快速、长时程超分辨成像不仅需要先进的成像系统,还需要具有优秀光学性能的荧光探针来标记各种亚细胞结构。有机小分子染料相对于荧光蛋白在荧光强度、抗漂白能力、可改造性方面都具有很大的优势,但目前大多数性能优秀的荧光染料都无法透过活细胞细胞膜,极大地限制了有机小分子荧光探针在活细胞中的应用范围。目前也有一些技术尝试解决高性能荧光染料无法透膜的问题,但目前还没有取得很好的效果。为了解决上述问题,我们提出了一种利用肽型载体通过非共价结合方式投送非透膜有机荧光探针进入活细胞的标记策略。通过一系列筛选,我们成功找到了一种可以通过简单共孵育高效投送非透膜有机荧光探针进入活细胞的肽型载体PV-1,并发现PV-1主要是通过內吞作用中的大胞饮途径将不透膜荧光探针投送到活细胞。然后利用23种具有不同化学结构的非透膜荧光探针和PV-1共孵育,实现了对多种亚细胞结构的特异性标记。此外,PV-1还可以一次性投送多达三种非透膜有机小分子荧光探针进入活细胞实现多色标记。再次,在多种超分辨成像系统上,我们发现基于PV-1投送的高性能有机荧光探针可以很好的用于活细胞超分辨成像,该方法极大地扩展了活细胞超分辨成像探针的可选范围。利用上述高性能探针结合2D或3D超分辨成像系统,我们捕捉到了内质网与溶酶体、微管与溶酶体、线粒体与内质网等多种亚细胞结构间的精细动态相互作用。.综上所述,我们开发了一种基于肽型载体非共价结合方式投送非透膜有机小分子荧光探针进入活细胞的策略。PV-1结合这些性能优异的荧光探针在多种2D与3D超分辨成像系统上取得了很好的成像结果,极大地扩展了活细胞超分辨成像探针的可选范围,并为肽型载体的设计与应用开辟了新的领域

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

演化经济地理学视角下的产业结构演替与分叉研究评述

演化经济地理学视角下的产业结构演替与分叉研究评述

DOI:10.15957/j.cnki.jjdl.2016.12.031
发表时间:2016
2

基于 Kronecker 压缩感知的宽带 MIMO 雷达高分辨三维成像

基于 Kronecker 压缩感知的宽带 MIMO 雷达高分辨三维成像

DOI:10.11999/JEIT150995
发表时间:2016
3

视网膜母细胞瘤的治疗研究进展

视网膜母细胞瘤的治疗研究进展

DOI:
发表时间:2018
4

惯性约束聚变内爆中基于多块结构网格的高效辐射扩散并行算法

惯性约束聚变内爆中基于多块结构网格的高效辐射扩散并行算法

DOI:10.19596/j.cnki.1001-246x.8419
发表时间:2022
5

当归补血汤促进异体移植的肌卫星细胞存活

当归补血汤促进异体移植的肌卫星细胞存活

DOI:
发表时间:2016

张玉慧的其他基金

批准号:31470056
批准年份:2014
资助金额:85.00
项目类别:面上项目
批准号:30800183
批准年份:2008
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31270906
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

用于活细胞超分辨成像的新型透膜靶向光激活荧光化学探针研究

批准号:31270906
批准年份:2012
负责人:张玉慧
学科分类:C2105
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
2

双光子核酸荧光探针的研制及其在活细胞成像中的应用

批准号:51303097
批准年份:2013
负责人:赵宁
学科分类:E0309
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
3

活细胞线粒体比例荧光超分辨成像研究

批准号:61875131
批准年份:2018
负责人:杨志刚
学科分类:F0511
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
4

近红外硅基pH荧光探针的合成及其在活细胞成像中的应用

批准号:21475080
批准年份:2014
负责人:双少敏
学科分类:B0404
资助金额:84.00
项目类别:面上项目