Low-Background Cancer Imaging with a Bioorthogonal Fluorescence Probe and Engineered Reporter Enzyme Bearing a Targeting Moiety

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作者
Ziyi Wang,Ryosuke Kojima,Rikuki Kiji,Kyohhei Fujita,Ryo Tachibana,Reiko Tsuchiya,Taku Uchiyama,Yoshihiro Minagawa,Tadahaya Mizuno,Kiyohiko Igarashi,Hiroyuki Noji,Mako Kamiya,Yasuteru Urano
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (11): 11492-11502
标识
DOI:10.1021/jacs.5c14173
摘要

Combinatorial use of an antibody-reporter enzyme conjugate and a fluorescence probe activated by the enzyme is a powerful strategy for fluorescence-guided cancer surgery. However, conventional probes for typical reporter enzymes lack sufficient bioorthogonality, leading to high background signals in nontarget tissues. We screened a library of HMRef (rhodol derivative)-based fluorescence probes with various sugar moieties and found that HMRef-β-d-Fucose is bioorthogonal in mammalian systems but is activated by a metagenomic glycosidase, Td2F2. Directed evolution generated a mutant with a kcat/Km of 3.3 × 105/M/sec, 7.3 times higher than wild-type Td2F2 and comparable to β-galactosidase (LacZ) with its corresponding probe. Theoretical calculation suggested the E296G mutation facilitates probe access to the enzyme's active site. In a proof-of-concept study, SKOV-3 cells, which endogenously express HER2, were visualized with minimal background in the mesentery of a mouse model using HMRef-β-d-Fucose and engineered Td2F2 conjugated or fused to a HER2-binding antibody or nanobody.
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