オートファジー制御中のリソソームpHとCaの同時定量のためのDNAベースFLIMレポーター

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iScience.2020 Jul;23(7):101344. S2589-0042(20)30531-9. doi: 10.1016/j.isci.2020.101344.Epub 2020-07-04.

オートファジー制御中のリソソームpHとCaの同時定量のためのDNAベースFLIMレポーター

A DNA-Based FLIM Reporter for Simultaneous Quantification of Lysosomal pH and Ca during Autophagy Regulation.

Zhonghui Zhang
Zhichao Liu
Yang Tian

PMID: 32688287 DOI: 10.1016/j.isci.2020.101344.

抄録

pHとCaは、リソソーム活性の調節やリソソームが介在する生理的・病理学的プロセスにおいて重要な役割を果たしている。しかし、pHとCaを同時に測定するための効率的な方法がボトルネックとなっています。本研究では、リソソームのpHとCaをリアルタイムでイメージングし、同時に定量するための単一DNAベースのFLIMレポーターを開発した。開発したDNAレポーターは、優れた生体適合性を示し、リソソソーム中では約56時間の長期安定性を示しました。この強力なツールを用いて、オートファジーがリソソームのpHとCa濃度によって制御されるのに対し、pHはリソソーム内のCa濃度と密接に関係していることを発見しました。さらに、Aβ誘導性神経細胞死は、リソソームのpHとCaの変化によるオートファジーの異常が原因であることを明らかにしました。さらに、リソソソームのpHとCaはNSCの形質転換を制御しており、ラパマイシンによるアンチエイジングをもたらしていることが明らかになった。

pH and Ca play important roles in regulating lysosomal activity and lysosome-mediated physiological and pathological processes. However, effective methods for simultaneous determination of pH and Ca is the bottleneck. Herein, a single DNA-based FLIM reporter was developed for real-time imaging and simultaneous quantification of pH and Ca in lysosomes with high affinity, in which a specific probe for recognition of Ca was assembled onto a DNA nanostructure together with pH-responsive and lysosome-targeted molecules. The developed DNA reporter showed excellent biocompatibility and long-term stability up to ∼56 h in lysosomes. Using this powerful tool, it was discovered that pH was closely related to Ca concentration in lysosome, whereas autophagy can be regulated by lysosomal pH and Ca. Furthermore, Aβ-induced neuronal death resulted from autophagy abnormal through lysosomal pH and Ca changes. In addition, lysosomal pH and Ca were found to regulate the transformation of NSCs, resulting in Rapamycin-induced antiaging.