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研究内容

了解单细胞水平上的生物转化，同时筛选细胞间的集体现象，作为追踪时空细胞内机制和探索细胞异质性的手段，吸引了越来越多的兴趣。近年来在开发敏感的分析工具以对生物事件进行空间和时间评估以及在单细胞水平上检测生物制剂方面取得了重大进展。

细胞色素c（Cyt. c）是半胱天冬酶激活细胞凋亡的关键引发剂。细胞亚结构域中Cyt. c含量的时空评估以及细胞凋亡时细胞结构域之间Cyt. c传递的检测对于探测细胞存活率非常重要。光学或电化学传感模块的精确空间定位和时间激活提供了独特的定量评估单细胞亚结构中的Cyt. c，特别是定量评估细胞凋亡时Cyt. c跨细胞的易位。

中国地质大学夏帆教授、黄福建教授和以色列希伯来大学Itamar Willner教授介绍了用于在单细胞水平上定量评估细胞亚结构中的Cyt. c的光学探针和电化学探针。最后，定量分析和比较了非凋亡或凋亡条件下恶性乳腺细胞（MCF-7；MB-MDA-231）和上皮性乳腺细胞（MCA-10A）中Cyt. c的水平，并证明了凋亡时的显著浓度差异和易位效率。相关工作以“Optical and Electrochemical Probes for Monitoring Cytochrome c in Subcellular Compartments During Apoptosis”为题发表在国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。

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研究要点

要点1.光学传感模块包括一个光响应的磷酸硝基苯酯桥联双链框架，该框架由笼状抗Cyt. c适配体序列组成，并用一对荧光标记和一个与AS1411适配体偶联的猝灭剂进行修饰，作为癌细胞渗透载体。电化学Cyt. c传感探针由修饰有光响应邻硝基苄基磷酸酯桥接核酸双链体的纳米电极组成，该双链体由亚甲蓝（MB+）氧化还原标记功能化的笼状Cyt. c适配体链组成。

要点2.该合成的探针渗透到细胞中，探针的时空光化学解封，随后分离，同时形成荧光Cyt. c适配体复合物，提供光学读数。纳米电极在限定的单细胞亚域（线粒体、细胞质、细胞核）中的空间定位之后，通过感测模块的光保护，导致氧化还原标记的MB+-Cyt. c适配体/Cyt. c复合物的分离。随后，伴随的时空伏安变化允许在单细胞水平上对细胞亚结构中的Cyt. c进行时空定量分析。

要点3.该光学和电化学检测单个Hela癌症细胞亚结构中Cyt. c，并证明了细胞凋亡时Cyt. c从线粒体向细胞质的动态移位。此外，定量分析和比较了非凋亡或凋亡条件下恶性乳腺细胞（MCF-7；MB-MDA-231）和上皮性乳腺细胞（MCA-10A）中Cyt. c的水平，并证明了凋亡时的显著浓度差异和易位效率。

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研究图文

图1. Cyt. c在单个活细胞中的时空检测。

图2. 通过光学或电化学纳米探针，荧光和电化学监测Cyt. c。

图3. 单个Hela细胞不同子域中Cyt. c浓度的电化学评估。

图4. 在不同浓度CaCl2存在下，不同时间间隔的Hela细胞胞浆中Cyt. c浓度的电化学探测。

图5. 实际监测。

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文献详情

Optical and Electrochemical Probes for Monitoring Cytochrome c in Subcellular Compartments During Apoptosis

Zhijuan Duan, Yu Ouyang, Yuzhe Fu, Fujian Huang*, Fan Xia,* Itamar Willner*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: 10.1002/anie.202301476

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