A Semisynthetic Bioluminescence Sensor for Ratiometric Imaging of Metal Ions In Vivo Using DNAzymes Conjugated to An Engineered Nano‐Luciferase

脱氧核酶 生物发光 荧光团 荧光素酶 化学 临床前影像学 体内 生物物理学 费斯特共振能量转移 核酸 荧光 纳米技术 生物化学 DNA 材料科学 生物 转染 物理 生物技术 量子力学 基因
作者
Mengyi Xiong,Yuting Wu,Gezhi Kong,Whitney Lewis,Zhenglin Yang,Hanxiao Zhang,Lu Xu,Ying Liu,Qin Liu,Xu-Hua Zhao,Xiao Bing Zhang,Yi Lu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (37) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/anie.202308086
摘要

DNA-based probes have gained significant attention as versatile tools for biochemical analysis, benefiting from their programmability and biocompatibility. However, most existing DNA-based probes rely on fluorescence as the signal output, which can be problematic due to issues like autofluorescence and scattering when applied in complex biological materials such as living cells or tissues. Herein, we report the development of bioluminescent nucleic acid (bioLUNA) sensors that offer laser excitation-independent and ratiometric imaging of the target in vivo. The system is based on computational modelling and mutagenesis investigations of a genetic fusion between circular permutated Nano-luciferase (NLuc) and HaloTag, enabling the conjugation of the protein with a DNAzyme. In the presence of Zn2+ , the DNAzyme sensor releases the fluorophore-labelled strand, leading to a reduction in bioluminescent resonance energy transfer (BRET) between the luciferase and fluorophore. Consequently, this process induces ratiometric changes in the bioluminescent signal. We demonstrated that this bioLUNA sensor enabled imaging of both exogenous Zn2+ in vivo and endogenous Zn2+ efflux in normal epithelial prostate and prostate tumors. This work expands the DNAzyme sensors to using bioluminescence and thus has enriched the toolbox of nucleic acid sensors for a broad range of biomedical applications.
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