In Situ Redox-Omics Decoding of Nanoparticle–Protein Corona Interactions Drives the Mitochondrial Metabolic-Immunological Mechanism in Microglia

半胱氨酸 化学 生物物理学 胞浆 原位 线粒体 活性氧 细胞生物学 超氧化物 氧化还原 生物化学 免疫沉淀 半胱氨酸代谢 焊剂(冶金) 蛋白质-蛋白质相互作用 小胶质细胞 体外 氧化应激 绿色荧光蛋白 细胞 DNA损伤 线粒体基质 化学生物学 构象变化 斑马鱼 硫醇 细胞内 机制(生物学) β淀粉样蛋白 费斯特共振能量转移 日冕(行星地质学)
作者
Zekun Chen,Ming Yu,Zhong-Yao Li,Ling-Li Zheng,Jichao Zhang,Ting-Ting Liu,Zhuo Yang,Lei Li,Zhiyuan Lu,Tiantian Wei,Hua Wang,Bo Han,Yu Wei,Pengfei Tu,Ke‐Wu Zeng
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:20 (7): 6318-6338 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c21740
摘要

Nanoparticle–protein corona interactions critically determine biological responses but remain poorly characterized in living systems due to the lack of noninvasive analytical tools. In this study, we developed a redox-omics strategy that facilitated the in situ mapping of corona composition by tracking cysteine thiol oxidation markers induced by nanoparticles. As a research tool, we synthesized natural-organic-matter-derived carbon dots (nCDs) with dual superoxide dismutase/catalase-mimetic activity. A global redox-omics analysis identified 104 proteins that demonstrated significant redox reactions in response to treatment with nCDs. In particular, we found that nCDs specifically induced a conformational change in isocitrate dehydrogenase 1 (IDH1) by selectively reversing the oxidation of cysteine 269 (Cys 269 ). In the mechanism, the site-specific reduction in cysteine 269 (Cys 269 ) triggered a conformational switch of IDH1 that restored mitochondrial α-ketoglutarate flux and NADPH homeostasis, thereby blocking cytosolic mitochondrial DNA (mtDNA) leakage and subsequent cGAS-STING-driven neuroinflammation. Crucially, the nCDs-mediated metabolic checkpoint control inhibited the pro-inflammatory (M1) phenotypes of microglia, thereby achieving therapeutic efficacy in both zebrafish and murine ischemic stroke models, without inducing detectable toxicity. Collectively, we developed a label-free platform enabling in situ decoding of protein corona interactions via redox-sensitive cysteine profiling, eliminating the need for nanoparticle surface modifications.
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