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ミリ秒単位での酸化・還元反応が可能な蛍光プローブを用いて、生細胞におけるHClOの高速動態を定量化する
Quantifying the Fast Dynamics of HClO in Living Cells by a Fluorescence Probe Capable of Responding to Oxidation and Reduction Events within the Timescale of Milliseconds.
PMID: 32674559 DOI: 10.1021/acs.analchem.0c01703.
抄録
活性酸素の生物学的な役割は、活性酸素の動態に大きく依存しています。しかし、細胞内の活性酸素の動態を測定することは、これまで困難であった。本研究では、酸化と還元の両方の事象に迅速に反応するレドックスカップルを設計することで、活性酸素の動態をモニターするための蛍光プローブを開発するという核心的な課題に取り組んでいます。このような分子は、セレン中心と相対的なオルト位置にある電子供与性基の立体効果を利用して設計できることを示した。結果は、Fl-Seとその酸化生成物Fl-SeOが急速に活性酸素ファミリーの重要なメンバーであるHClO、およびグルタチオン（GSH）に応答することを明らかにした、[HClO] = 1μMでt1/2 = 2.7 ms; [GSH] = 1 mMでt1/2 = 61 ms。細胞内に適用すると、Fl-Seは、H2O2刺激HL-60細胞における細胞内HClOのダイナミクスを十分に追跡するだけでなく、RAW264.7細胞のホルボル12-ミリスチン酸13-酢酸活性化免疫応答とHL60細胞の3-デアザプラノシンA誘導アポトーシスに関与するHClO揺らぎの異なるダイナミックな挙動を追跡することができます。
The biological roles of reactive oxygen species (ROS) depend highly on their dynamics. However, it has been challenging for measuring the dynamics of ROS in cells. In this study, we address a core challenge in developing fluorescence probes for monitoring ROS dynamics by designing a redox couple that can respond rapidly to both oxidation and reduction events. We show that such molecules can be designed by taking advantage of the steric effects of electron-donating groups at the ortho position relative to the selenium center.We demonstrate this design in a new fluorescence probe named Fl-Se. Results reveal that Fl-Se and its oxidized product Fl-SeO rapidly respond to HClO, an important member of the ROS family, and glutathione (GSH), with t1/2 = 2.7 ms at [HClO] = 1 μM; t1/2 = 61 ms at [GSH] = 1 mM. When applied in cells, Fl-Se satisfactorily tracks the dynamics of intracellular HClO in H2O2-stimulated HL-60 cells, as well asthe different dynamic behaviors of HClO fluctuations involved in the phorbol 12-myristate-13-acetate-activated immune response of RAW264.7 cells and the 3-deazaneplanocin A-induced apoptosis of HL 60 cells.