Systematic Evaluation of Bioorthogonal Reactions in Live Cells with Clickable HaloTag Ligands: Implications for Intracellular Imaging

作者
Heather E. Murrey,Joshua C. Judkins,Christopher W. am Ende,T. Eric Ballard,Yinzhi Fang,Keith Riccardi,Li Di,Edward Guilmette,Joel Schwartz,Joseph M. Fox,Douglas S. Johnson
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:137 (35): 11461-11475 被引量:189
标识
DOI:10.1021/jacs.5b06847
摘要

Bioorthogonal reactions, including the strain-promoted azide-alkyne cycloaddition (SPAAC) and inverse electron demand Diels-Alder (iEDDA) reactions, have become increasingly popular for live-cell imaging applications. However, the stability and reactivity of reagents has never been systematically explored in the context of a living cell. Here we report a universal, organelle-targetable system based on HaloTag protein technology for directly comparing bioorthogonal reagent reactivity, specificity, and stability using clickable HaloTag ligands in various subcellular compartments. This system enabled a detailed comparison of the bioorthogonal reactions in live cells and informed the selection of optimal reagents and conditions for live-cell imaging studies. We found that the reaction of sTCO with monosubstituted tetrazines is the fastest reaction in cells; however, both reagents have stability issues. To address this, we introduced a new variant of sTCO, Ag-sTCO, which has much improved stability and can be used directly in cells for rapid bioorthogonal reactions with tetrazines. Utilization of Ag complexes of conformationally strained trans-cyclooctenes should greatly expand their usefulness especially when paired with less reactive, more stable tetrazines.

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