Mitochondria-Targeted DNA Nanoprobe for Real-Time Imaging and Simultaneous Quantification of Ca2+ and pH in Neurons

纳米探针 生物物理学 线粒体 细胞质 荧光 膜电位 化学 DNA 荧光寿命成像显微镜 纳米技术 生物化学 生物 材料科学 纳米颗粒 物理 量子力学
作者
Zhichao Liu,Hao Pei,Limin Zhang,Yang Tian
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:12 (12): 12357-12368 被引量:118
标识
DOI:10.1021/acsnano.8b06322
摘要

Herein, a single highly selective DNA nanoprobe was designed and created for the real-time imaging and simultaneous quantification of two kinds of biological species using Ca2+ and pH; the molecules were selected as models because of their close relationship with cellular functions and diseases. A Ca2+ fluorescent probe was synthesized and assembled onto a DNA nanostructure together with pH-responsive, inner-reference, and mitochondria-targeted molecules. This nanoprobe with high spatial resolution, together with long-term fluorescent and structural stability, powerfully tracked pH and Ca2+ dynamics at the same localization in mitochondria in response to O2•--induced oxidative stress and aggregated amyloid β (Aβ) stimulation with a temporal resolution of milliseconds. Using this tool, we discovered that O2•- and Aβ triggered transitory cytoplasmic acidosis and then activated acid-sensing ion channel 1a (ASIC1a) in the mitochondrial membrane, leading to mitochondrial Ca2+ overload and pH abnormalities, which contribute to neuron death. Moreover, psalmotoxin 1 effectively protected against O2•-- and Aβ-induced neuron injury.
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