实时成像和对神经元中的线粒体H2O2和ATP的同时定量使用基于单双光子光的探测器
Zhou Wu1, Mengmeng Liu1, Zhichao Liu1
1Shanghai Key Laboratory of Green Chemistry and Chemical Processes, Department of Chemistry, School of Chemistry and Molecular Engineering, East China Normal University, Dongchuan Road 500, Shanghai 200241, China.
Journal of the American Chemical Society
|April 3, 2020
概括
研究人员开发了一种新的探测器,同时跟踪线粒体过氧化物 (H2O2) 和腺-5'-三酸盐 (ATP). 这种工具揭示了氧化应激如何影响能量代谢, 显示短期应激的暂时变化, 但长期暴露的永久性损伤.
科学领域:
- 线粒体生物学
- 细胞代谢
- 生物医学成像
背景情况:
- 线粒体氧化应激和能量代谢在细胞亡和亡等过程中至关重要.
- 在这些事件中,线粒体过氧化物 (H2O2) 和腺-5- 三酸盐 (ATP) 之间的动态相互作用尚不清楚.
- 了解这些动态是解读细胞应激反应的关键.
研究的目的:
- 开发一种用于实时同步成像线粒体H2O2和ATP的新型探测器.
- 在氧化应激下研究线粒体H2O2和ATP之间的关系和动态变化.
- 阐明超氧化离子 (O2•−) 和H2O2对线粒体功能的差异影响.
主要方法:
- 开发基于单双光子光寿命的探针 (TFP).
- 使用不同的光通道同时对线粒体H2O2和ATP进行实时成像.
- 通过光终身成像对H2O2 (0.4-10μM) 和ATP (0.5-15mM) 水平进行定量分析.
- 使用超氧化离子 (O2•−) 和H2O2诱导氧化应激以观察动态变化.
主要成果:
- 在没有光谱交叉声的情况下,TFP探测器能够准确地同时测量线粒体的H2O2和ATP.
- 短期 (8分钟) O2•-刺激导致线粒体H2O2和ATP的短暂变化,神经元恢复.
- 长时间 (50分钟) 的O2-暴露导致了不可逆转的氧化损伤和能量缺乏.
- 与H2O2相比,外源O2•−对线粒体H2O2和ATP水平产生了更严重的负面影响.
结论:
- 开发的TFP探测器为同时多种物种成像和研究线粒体动力学提供了强大的平台.
- 这项研究揭示了氧化压力引起的线粒体H2O2和ATP水平的变化.
- 这些发现强调了O2•−与H2O2相比对细胞能量稳定和线粒体完整性的明显和有害影响.
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