A Novel Single-Molecule Fluorescence Lifetime Probe for Apoptosis Diagnosis Through Mitochondrial SO2 and DNA Co-Detection

化学 荧光 线粒体 线粒体DNA 细胞生物学 细胞凋亡 DNA损伤 线粒体通透性转换孔 氧化应激 膜电位 核DNA DNA 生物物理学 膜透性 程序性细胞死亡 生物化学 量子力学 基因 生物 物理
作者
Hong Wang,Tong Zhu,Wanying Li,Zhangjun Hu,Xin Yang,Qiong Zhang,Peng Huang,Jiwen Hu,Zhihui Feng
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:97 (30): 16439-16448 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.5c02360
摘要

As a key signaling molecule, sulfur dioxide (SO2) plays a crucial role in maintaining physiological homeostasis. In this work, we designed a mitochondria-targeted fluorescent probe (MIC) for independently detect SO2 (short-wavelength) and DNA (long-wavelength) in real time. It is worth noting that our research reveals a dual role of that SO2 in regulating oxidative stress. At appropriate levels, it acts as a modulator, whereas excessive amounts induce apoptosis by reducing mitochondrial membrane potential, upregulating p53/Bax, downregulating Bcl-2, and activating the caspase-3 cascade. The apoptotic process induces mitochondrial membrane permeability changes, triggering the release and nuclear translocation of the probe MIC, which subsequently emits red fluorescence. Using time-resolved fluorescence imaging technology, we further observed a significant increase in the average fluorescence lifetime of the DNA channel. This finding demonstrates that the MIC probe not only enables dual-channel monitoring of mitochondrial SO2 and nuclear DNA but also precisely evaluates the apoptotic process through changes in fluorescence lifetime. This innovative tool provides an important means for in-depth study of the SO2-mediated apoptotic mechanism and opens up new strategies for the diagnosis of mitochondrial-related diseases.
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