新探针有助于发现新细胞功能

　　新的研究表明，使用一种新的细胞探针有助于发现有关某些细胞过程的新发现。

　　

辛辛那提大学的合作研究已经开发出一种新的探针来更好地研究细胞，这已经导致了对某些细胞过程的新知识。加州大学的Jiajie Diao博士和Yujie Sun博士是5月4日发表在《ACS Sensors》杂志上的一项新研究的主要作者。

关注内溶酶体

该团队的研究重点是细胞器，或在细胞内执行各种工作的专门结构，称为内溶酶体。溶酶体是作为细胞“回收中心”的细胞器，将破碎或故障的构建块重新用于不同的目的，内溶酶体是溶酶体的一个子集，它最初是一个不同的细胞器，称为内溶体。

溶酶体是研究的重要细胞器，因为异常会导致所谓的溶酶体贮积病，导致细胞中有毒物质的积累。溶酶体功能异常也与神经退行性疾病和癌症有关。在从核内体向溶酶体转变的过程中，这些细胞器将其pH值从中性环境转变为酸性环境。如果环境不够酸，溶酶体就不能正确地完成清理和回收废物的工作。

“如果溶酶体不能正常工作，那么细胞就会积累大量废物，最终导致细胞死亡，”辛辛那提大学癌症中心成员、加州大学医学院癌症生物学系Diao副教授说。“我们正试图对这一过程进行成像，试图追踪内溶酶体的整个变化过程，并试图弄清楚这些内溶酶体在哪种状态和哪个位置会变得异常。”

新的调查

团队去年发表了一项关于ECGreen探针的研究，当细胞环境变得更酸时，它会变成更亮的绿色。虽然这是向前迈出的一步，但ECGreen仍然有局限性。该团队开发的最新探针在中性环境中是绿色的，当细胞环境变得更酸时就会变成红色。

Diao说:“很难衡量绝对价值，因为我只能知道它变得更低了。强度越来越高，但多高才算高呢?”你没有办法真正校准这个值。所以我们有红色信号和绿色信号，通过计算比例，我们可以校准精确的pH值，”Diao说。“这在测量内溶酶体内部的pH值方面更可靠、更精确，所以这是一个很大的优势。”

加州大学化学系癌症中心成员、副教授和研究生项目联合主任Sun补充说:“我们的探针在不同阶段的内溶酶体中表现出出色的pH敏感荧光。”

行动中的研究

当细胞的环境发生变化时，比如当细胞受损时，它需要增加溶酶体的数量，以便回收或清理细胞。但是细胞用来增加溶酶体数量的过程以前并不为人所知。利用这种新探针，研究人员发现，无论细胞处于何种环境，无论它是正常细胞还是异常细胞，它都会保持一个恒定的内体比例，然后将其转化为溶酶体。

“通过在活细胞中应用小分子探针，我们能够揭示从早期核内体到晚期核内体/溶酶体的恒定转化率，”Sun说。“我们很高兴能够公布这个恒定的转换率。”

Diao指出，研究小组首次发现，从内体到溶酶体的这个过程是由一个复杂的蛋白质控制的过程控制的。Diao说:“这个过程受到严格监管，你不能跳过任何步骤，即使是紧急情况。”

调查应用程序

除了发表的研究中描述的用途外，这种新型探针还有许多其他应用。

Diao说:“我们可以知道内溶酶体的位置，数量，pH值的变化，以及内溶酶体的大小。最终我们将获得细胞内溶酶体的所有参数。”

有了所有这些信息，该团队正在努力开发一种机器学习软件，该软件将能够分析细胞异常并快速诊断可能导致疾病的溶酶体问题。这种方法将比目前的基因和蛋白质测序更快，成本更低，而且在实践中，只能是一个健康的病人进行简单的血液测试，告诉他们是否有某些溶酶体疾病的危险因素。

Diao说:“你只需要染色，10分钟内，你就能得到所有的信息。实际上，我们正在尝试开发一种带有这些探针的系统，这样我们就可以进行快速诊断。”

研究人员还在研究影响从内核体到溶酶体过渡过程的治疗方法，以加速这一复杂的过程，包括利用光来加速这一过程的研究。

“我们的研究结果表明，设计和开发用于生物成像应用的小型荧光探针是一个非常有前途的方向，特别是当与高分辨率显微镜相结合时，”Sun说。“我们将继续开发具有多种功能的新型荧光探针。”

加州大学的其他研究人员已经开始使用这种探针，该团队正在为这项技术申请专利并将其商业化。

Diao说:“我认为这是一个非常经典的合作成果。Sun博士和我们的团队一起工作，我们实际上使整个过程非常快速和高效。我们希望加速所有这些发现。”

“Diao博士和我自己的团队的互补专业知识确实使这些合作项目的工作成为可能，”Sun补充说。“我们团队之间的协同互动是成功的关键。”

Rui Chen, Lei Wang, Guodong Ding, Guanqun Han, Kangqiang Qiu, Yujie Sun, Jiajie Diao. Constant Conversion Rate of Endolysosomes Revealed by a pH-Sensitive Fluorescent Probe. ACS Sensors, 2023