内溶酶体中锌离子的异常水平与阿尔茨海默病(AD)的进展有关，但在细胞器水平检测低浓度锌离子仍然具有挑战性。
2024年9月12日，上海大学诸颖、上海交通大学
樊春海、南京大学郭子建
共同通讯在
National Science Review
（IF=16）
在线发表题为
“
Targeted imaging of lysosomal zinc ions with a tetrahedral DNA framework fluorescent reporter
”
的研究论文，
该研究
报道了一种内切溶酶体靶向荧光报告基因Znlu
ly
的设计，用于内源性锌离子的成像。
锌的失衡在阿尔茨海默病(AD)的进展中起着关键作用。内溶酶体是储存内源性锌离子(Zn
2+
)的初级细胞器，当超载时，可能触发溶酶体膜渗透(LMP)，导致各种酸水解酶释放到细胞质中。这一事件可能导致Aβ聚集体的形成。
因此，Zn
2+
可以作为监测AD进展的标志物。然而，神经元细胞内的内源性Zn
2+
浓度通常低于当前原位成像技术的检测阈值。这就需要开发一种灵敏的探针来成像神经元细胞内溶酶体Zn
2+
。
近几十年来，人们一直致力于开发对Zn
2+
敏感的探针。然而，很少能在活细胞中检测内源性内溶酶体Zn
2+
，
主要是由于在亲水性，亮度，内切溶酶体靶向性和Zn
2+
敏感性之间的权衡。
例如，有机染料，通常是疏水小分子，需要共价化学修饰来实现水溶性和细胞器特异性靶向，然而这可能会损害它们的亮度和灵敏度。较大尺寸的无机纳米颗粒，如量子点、金属纳米团簇和上转换纳米颗粒，通常表现出稳定的高亮度，其中一些已经显示出在体外或外部导入细胞时检测Zn
2+
的能力。然而，内溶酶体内源性Zn
2+
的检测仍然是一个重大的挑战。
锌离子的内切溶酶体靶向成像示意图（图源自
National Science Review
）
DNA纳米技术的进步促进了DNA框架结构(DNF)的制造，这些结构具有可编程的几何参数、优越的亲水性和生物相容性。这些结构可以作为各种功能材料(如荧光染料、无机纳米颗粒和蛋白质)精确空间排列的通用支架。
值得注意的是，DNF可以被哺乳动物细胞内化并定位于内溶酶体，使其能够作为这些细胞器的靶向载体。
最近，
DNF
与靶向选择性荧光报告基因结合，作为检测内溶酶体内特定离子或分子的成像探针被研究。
在该研究中，作者将一个具有Zn
2+
响应的荧光有机分子封装到具有疏水纳米腔的DNF中，创建了一个Zn
2+
荧光报告分子Znlu
ly
，用于成像活细胞内溶酶体中的内源性Zn
2+
。
Znlu
ly
是由具有可编程大小和形状的两亲性DNA框架(DNF)构建的，它可以将锌响应的荧光团封装在其疏水纳米腔中。边缘长度为20bp的四面体DNF有效地定位于内溶酶体内，可以检测到锌离子，检测限为~31.9 nM，灵敏度比自由荧光团提高了~2.5倍。鉴于Znlu
ly
的细胞器靶向能力和高锌敏感性，将其用于检测神经元细胞内源性内溶酶体锌离子。
研究人员监测了AD模型细胞和斑马鱼中锌水平的动态变化，证实了锌水平与AD特征(包括Aβ聚集和学习/记忆障碍)之间的正相关。该研究为细胞器特异性治疗应用提供了一个可推广的策略。
参考消息：
https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwae307/7756432?searchresult=1
—
END
—
内容为
【iNature】
公众号原创，
转载请写明来源于
【iNature】
