In vivo imaging of hydrogen peroxide production in a murine tumor model with a chemoselective bioluminescent reporter

生物发光 体内 荧光素酶 过氧化氢 荧光素 生物发光成像 氧化应激 化学 临床前影像学 活性氧 生物化学 放射合成 生物物理学 细胞生物学 生物 转染 生物技术 基因
作者
Genevieve C. Van de Bittner,Elena A. Dubikovskaya,Carolyn R. Bertozzi,Christopher J. Chang
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:107 (50): 21316-21321 被引量:384
标识
DOI:10.1073/pnas.1012864107
摘要

Living organisms produce hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) to kill invading pathogens and for cellular signaling, but aberrant generation of this reactive oxygen species is a hallmark of oxidative stress and inflammation in aging, injury, and disease. The effects of H 2 O 2 on the overall health of living animals remain elusive, in part owing to a dearth of methods for studying this transient small molecule in vivo. Here we report the design, synthesis, and in vivo applications of Peroxy Caged Luciferin-1 (PCL-1), a chemoselective bioluminescent probe for the real-time detection of H 2 O 2 within living animals. PCL-1 is a boronic acid-caged firefly luciferin molecule that selectively reacts with H 2 O 2 to release firefly luciferin, which triggers a bioluminescent response in the presence of firefly luciferase. The high sensitivity and selectivity of PCL-1 for H 2 O 2 , combined with the favorable properties of bioluminescence for in vivo imaging, afford a unique technology for real-time detection of basal levels of H 2 O 2 generated in healthy, living mice. Moreover, we demonstrate the efficacy of PCL-1 for monitoring physiological fluctuations in H 2 O 2 levels by directly imaging elevations in H 2 O 2 within testosterone-stimulated tumor xenografts in vivo. The ability to chemoselectively monitor H 2 O 2 fluxes in real time in living animals offers opportunities to dissect H 2 O 2 ’s disparate contributions to health, aging, and disease.

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