当前位置：首页 > 详细信息 厦门大学韩守法组建立一种细胞器靶向的化学连接策略实现斑马鱼线粒体自噬的双色荧光监测
作者：luojiao 发布时间：2021/4/2 11:00:00
撰文 | 施一龙
2021年1月12日，厦门大学化学化工学院韩守法教授团队与生命科学学院韩家淮院士团队合作在Autophagy发表题为 “An Organelle-Directed Chemical Ligation Approach Enables Dual-Color Detection of Mitophagy”的研究论文。在这篇文章中，研究人员提供了一种高效简便地线粒体成像和监测线粒体自噬的策略，为筛选线粒体自噬-诱导药物提供了基础，并应用于活体斑马鱼自噬的检测。
线粒体自噬是一种选择性清除多余或受损线粒体的自噬过程, 在调节细胞内线粒体数量和维持线粒体正常功能等方面发挥重要作用, 并涉及诸多生理和病理学过程。因此，发展能够追踪功能失调的线粒体和线粒体自噬的方法对生物学和药物开发具有重要意义。
荧光蛋白用于检测线粒体自噬具有一定的优势，但是需要用到基因编辑的方法，操作较为繁琐。而传统的线粒体成像化学探针，一般包含阳离子荧光分子或者与亲脂性阳离子结合的染料，当线粒体电势ΔΨm降低或丧失时，探针会从线粒体中漏出，难以分析应激或受损线粒体。为了克服上述问题，该研究开发了一种线粒体内发生Click反应的策略，用于稳定跟踪应激与受损线粒体，进而用于指示线粒体自噬（intra-mitochondrial CLICK for assessing mitophagy，简称IMCLAM）。该策略利用一对常规的小分子线粒体探针，其中每个探针本身无法追踪应激线粒体；二者在线粒体内发生Click反应形成大分子后，该大分子能够稳定保留在线粒体中，不受线粒体应激变化的影响。在本研究中，IMCLAM利用酸敏感的ΔΨm探针，通过感受线粒体被递送到溶酶体后溶酶体的酸性pH，实现对线粒体自噬的双荧光变化成像分析与检测。此外，IMCLAM还被用以分析活体斑马鱼胚胎中线粒体自噬的程度。研究人员将受精后的斑马鱼胚胎置于含有PTU（1-苯基-2-硫脲）的缓冲液中以去除斑马鱼的黑色素。在胚胎二天时，于缓冲液中先后加入两种探针以进行IMCLAM，随后刺激斑马鱼发生自噬。到一定的时间点后，对斑马鱼卵黄囊进行荧光成像。从成像结果可以明显观察到，诱导自噬的实验组与对照组相比，产生了明显的红色荧光信号增强，且使用这种策略对斑马鱼不具有明显的毒性，说明该策略能够很好地应用于监测活体斑马鱼的线粒体自噬。
图1 监测活体斑马鱼的线粒体自噬作用
综上所述，本研究开发了一种成像应激线粒体的策略，通过两种探针在线粒体中聚集并发生反应，形成大分子化合物，从而在应激线粒体中保留探针的信号。该策略可以通过将线粒体递送至溶酶体时触发的红色荧光信号变化进行线粒体自噬的表征，并成功地应用于检测药物诱导的活细胞或斑马鱼的线粒体自噬。IMCLAM也扩展了易于从功能障碍的细胞器中耗散的传统探针的使用，为研究线粒体和线粒体生物学提供了强大的工具，并为筛选用于治疗神经系统疾病和诱导线粒体损伤的药物提供了简化的方法。
厦门大学生命科学学院博士生施一龙和厦门大学化学化工学院博士生邹小雪为论文的共同第一作者。厦门大学为论文第一单位。厦门大学化学化工学院韩守法教授为通讯作者。该研究获得国家自然科学基金项目（91854106, 21775130）资助。据悉，该研究所用斑马鱼为来自国家水生生物种质资源库国家斑马鱼资源中心所提供的标准野生型品系。