Precision Design of Fluorogenic Probes via Orthogonal Tuning of Binding and Photophysics for Isoform-Selective ALDH2 Imaging

化学 基因亚型 组合化学 纳米技术 生物化学 基因 材料科学
作者
Rongrong Tao,Yuan Chen,Taorui Yang,Shiqi Hu,Weisong Lv,Xin Li,Zhe Wang,Rui Zhang,Zhimin Wu,Tingjun Hou,Zhaochao Xu,Yì Wáng,Xiaogang Liu,Xin Li
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (45): 41768-41778
标识
DOI:10.1021/jacs.5c13638
摘要

Fluorogenic probes that report enzyme activity are essential for studying biological functions. However, designing them for targets with low catalytic turnover and narrow substrate specificity remains a significant challenge. Here, we present a precision design framework that separates the requirements for sensitivity and selectivity by integrating molecular docking, quantum chemical modeling of fluorogenic mechanisms, and targeted fine-tuning of the probe structures. As a proof of concept, we developed A5, a fluorogenic substrate for aldehyde dehydrogenase 2 (ALDH2) that exhibits high isoform selectivity and a >240-fold signal enhancement over the standard NADH assay. A5 enables quantitative imaging of ALDH2 activity across multiple biological scales─in blood samples, live cells, and intact mouse brains─and supports the identification of small-molecule activators with therapeutic potential in an Alzheimer's disease model. This work establishes a modular strategy for creating activity-based probes tailored to challenging enzymatic targets, with broad applications in precision imaging, drug discovery, and mechanistic biochemistry.
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