Bioluminescence Imaging of Potassium Ion Using a Sensory Luciferin and an Engineered Luciferase

生物发光 荧光素酶 荧光素 化学 萤光素酶类 生物发光成像 分析物 光蛋白 生物化学 生物物理学 组合化学 生物 色谱法 转染 基因
作者
Shengyu Zhao,Ying Xiong,Ranganayakulu Sunnapu,Yiyu Zhang,Xiaodong Tian,Hui‐wang Ai
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (19): 13406-13416 被引量:8
标识
DOI:10.1021/jacs.4c02473
摘要

Bioluminescent indicators are power tools for studying dynamic biological processes. In this study, we present the generation of novel bioluminescent indicators by modifying the luciferin molecule with an analyte-binding moiety. Specifically, we have successfully developed the first bioluminescent indicator for potassium ions (K+), which are critical electrolytes in biological systems. Our approach involved the design and synthesis of a K+-binding luciferin named potassiorin. Additionally, we engineered a luciferase enzyme called BRIPO (bioluminescent red indicator for potassium) to work synergistically with potassiorin, resulting in optimized K+-dependent bioluminescence responses. Through extensive validation in cell lines, primary neurons, and live mice, we demonstrated the efficacy of this new tool for detecting K+. Our research demonstrates an innovative concept of incorporating sensory moieties into luciferins to modulate luciferase activity. This approach has great potential for developing a wide range of bioluminescent indicators, advancing bioluminescence imaging (BLI), and enabling the study of various analytes in biological systems.
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