Tailoring the pKa of Fluorescence Lifetime Imaging Probes to Visualize Aggrephagy and Resolve Its Microenvironmental Viscosity

化学 荧光 粘度 纳米技术 分析化学(期刊) 色谱法 光学 热力学 材料科学 物理
作者
Yu Wei,Xiaochen Gao,Jiabao Fang,Yu Xiao,Jiachen Liu,Yu Liu,Xin Zhang,Baoxing Shen
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:96 (35): 14160-14167 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.4c02065
摘要

Aggrephagy describes lysosomal transport and degradation of protein aggregates via cellular macroautophagy, a key mechanism to prevent neurodegenerative diseases. Here, we develop a dual-probe method to visualize the aggrephagy process and resolve its viscosity heterogeneity using fluorescence lifetime imaging (FLIM). The dual-probe system consists of (1) a near-infrared lysosomal targeting FLIM probe (Lyso-P1) that is derived from a rhodamine scaffold with a tailored pKa value to accommodate an acidic lysosomal environment and (2) a green BODIPY-based FLIM probe (Agg-P2) that reports on degradation of cellular aggregates via HaloTag. Both probes exhibit acid-resistant, viscosity-dependent fluorescence intensity and lifetime (τ) responses, which are ready for intensity- and FLIM-based imaging. Photochemical, theoretical, and biochemical characterizations reveal the probes' mechanism-of-actions. In cells, we exploit Lyso-P1 and Agg-P2 to simultaneously quantify both lysosomal and protein aggegates' viscosity changes upon the aggrephagy process via FLIM. We reveal orthogonal changes in microenvironmental viscosities and morphological heterogeneity upon various cellular stresses. Overall, we provide an imaging toolset to quantitatively study aggrephay, which may benefit screening of aggrephay modulators for disease intervention.
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