荧光成像检测细胞内锰离子探针的设计合成及应用

发布时间：2019-09-02 16:19

【摘要】：锰离子作为生物体内的重要元素之一,在细胞代谢活动中发挥着不可替代的作用,它作为辅助因子参与许多酶(如转移酶、水解酶、裂解酶、精氨酸酶、超氧化物歧化酶等)的生物学作用。锰离子含量异常会直接影响正常的生理代谢活动,例如,锰离子的缺乏可能会导致生长迟缓,骨质疏松和运动失常;相反,含量过高也会对神经系统带来损伤乃至疾病,如帕金森综合症。细胞内不同区域内锰离子的水平存在差异,其相关的功能也不同。然而,不同亚细胞区域内锰离子的稳态调节机制及浓度变化与化学生物学过程的关联仍然很不清楚。因此,迫切需要发展准确检测不同亚细胞结构内锰离子浓度的方法。荧光成像法由于具有高灵敏度、高选择性、快速简便等优点,已被广泛应用在生物学、化学及医学领域。目前,荧光成像检测细胞器内锰离子的报道很少。因此,急需发展精确定位不同亚细胞区域的新型荧光探针,实现对锰离子浓度变化的高灵敏度和高选择性的成像检测,为揭示与锰离子相关的生物学过程和疾病的发生发展分子机制提供理想的工具。基于上述原因,我们设计合成了一系列检测锰离子的新型荧光探针,并将其应用于细胞及活体成像分析。本论文的具体工作内容如下:(一)以双环己基吡啶取代大环为配体,以带有脂溶性阳离子的花菁(Cy)作为荧光团,通过共价连接,构建了能够定位于线粒体,检测锰离子的新型近红外荧光探针Cy-MitoMn。由于光诱导电子转移机理(PET),探针本身的近红外荧光被猝灭,加入锰离子后,与配体结合,形成络合物,有效地阻断PET效应,使花菁近红外荧光恢复。实验结果显示当锰离子浓度增加时,Cy-MitoMn最大发射波长784 nm处的荧光不断增强,探针检测锰离子的线性范围为0-2.4μM,检测限为12 nM,探针与锰离子的解离常数Kd为2.48x10-6 M。该探针成功地对人体肝细胞线粒体内锰离子浓度变化进行了可视化检测,并首次实现了活体水平上锰离子的荧光成像分析。此外,细胞内适量锰离子也可以有效的阻断细胞凋亡过程。该探针将为探究线粒体锰离子相关的生物学过程以及锰离子与线粒体氧化应激的关联提供了理想的成像方法。(二)以双环己基吡啶取代大环为配体,连接荧光染料BODIPY,构建了能够定位于细胞质的新型荧光探针BDP-CytoMn。由于PET作用,BODIPY的荧光被猝灭,加入锰离子后,与配体结合,阻断PET效应,使BODIPY荧光恢复。该探针能够快速响应锰离子的浓度变化。
【图文】：

锰离子,锰酶,游离态,形式

接触锰是导致锰含量变化的主要原因之一，如从事铁合金冶件和玻璃陶瓷等职业的人员更容易使体内的锰离子浓度超P）和黑质（SN）中的锰离子过度积累，可导致神经性疾流行病学的研究表明长期处于一些高锰的环境中更容易增是锰中毒或者是帕金森氏病，其造成的运动障碍都是渐进神经结构的损伤。除此之外，还会引起多巴胺的神经性变、信号传导异常、氧化应激与激活细胞死亡程序等[9-12]。从锰离子会优先集中到线粒体，，当线粒体中的锰离子过高时制和增加活性氧的产生，进而影响抗坏血酸和谷胱甘肽中，佛罗里达大学的科学家已经报道了二价锰离子可以刺激放过氧化氢（H2O2），在一定程度上揭示了锰离子与活性1）[13]。

调节pH,二价锰离子,探针,荧光探针

图 1-4 Fluorescence emission spectrum of CdTe QDg Cui 等人发展了一种新型的通过调节 pH 可以荧光探针[22]。文章中作者介绍了探针在缓冲液入铜离子后对 pH 不敏感。当 pH = 8.2 时，只有是当 pH = 11.0 时，二价锰离子对探针有明显的大,检测限为 10 nM（图 1-5）。
【学位授予单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O657.3

【参考文献】