熒光探針照亮膽固醇與阿爾茨海默病研究
研究人員開發(fā)出先進(jìn)工具,以探究脂質(zhì)與細(xì)胞功能之間的聯(lián)系。

佛羅里達(dá)大西洋大學(xué)
1月17日
阿爾茨海默病及其他神經(jīng)退行性疾病的答案探尋仍然是腦科學(xué)研究中最緊迫的目標(biāo)之一。佛羅里達(dá)大西洋大學(xué)(Florida Atlantic University,FAU)查爾斯·E·施密特科學(xué)學(xué)院(Charles E. Schmidt College of Science)化學(xué)與生物化學(xué)助理教授 Maciej J. Stawikowski 博士認(rèn)為,理解膽固醇和其他脂質(zhì)如何在細(xì)胞內(nèi)移動(dòng)并影響細(xì)胞間通訊可能是解開這一謎團(tuán)的關(guān)鍵。


“脂質(zhì)與阿爾茨海默病之間的聯(lián)系是眾所周知的,” FAU Stiles-Nicholson 腦研究所成員 Stawikowski 說,“脂質(zhì)失衡可能導(dǎo)致淀粉樣斑塊形成,這些過大的蛋白質(zhì)團(tuán)塊會(huì)破壞細(xì)胞功能,是阿爾茨海默病的典型特征。”
他的團(tuán)隊(duì),包括 FAU 化學(xué)與生物化學(xué)系副教授、FAU Stiles-Nicholson 腦研究所成員 Qi Zhang 博士,一直致力于開發(fā)先進(jìn)工具,以探究脂質(zhì)與細(xì)胞功能之間的關(guān)系。

膽固醇是細(xì)胞膜的關(guān)鍵組成部分,有助于激素產(chǎn)生、膜穩(wěn)定性和信號(hào)傳導(dǎo)。然而,膽固醇在細(xì)胞區(qū)室間移動(dòng)的紊亂可能在阿爾茨海默病和其他神經(jīng)退行性疾病中發(fā)揮作用。為了研究這一點(diǎn),Stawikowski 和他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了新型熒光膽固醇探針(CNDs),用于追蹤細(xì)胞膜內(nèi)的膽固醇。
發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》(Scientific Reports)雜志上的一項(xiàng)新研究展示了 CND 探針如何幫助可視化活細(xì)胞中的膽固醇。通過將計(jì)算機(jī)模擬與活細(xì)胞成像相結(jié)合,研究人員發(fā)現(xiàn)了不同探針設(shè)計(jì)如何影響膽固醇探針行為。

研究于2024年12月28日發(fā)表在《Scientific Reports》(最新影響因子:3.8)雜志上
這些創(chuàng)新的探針可能增強(qiáng)我們對(duì)膽固醇失衡如何導(dǎo)致阿爾茨海默病和其他神經(jīng)退行性疾病的理解。通過了解膽固醇在淀粉樣斑塊形成和細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)中的作用,研究人員可以開發(fā)藥物來調(diào)節(jié)脂質(zhì)活性,從而可能帶來新的治療方法或預(yù)防策略。
“有了這些探針,我們現(xiàn)在可以以前所未有的細(xì)節(jié)可視化活細(xì)胞中膽固醇的移動(dòng)和分布,”該研究的主要作者 Stawikowski 說。
CND 探針采用以 1,8-萘二甲酰亞胺(ND)為骨架進(jìn)行設(shè)計(jì),該骨架以其獨(dú)特的熒光特性而聞名,包括大的斯托克斯位移(Stokes shifts)和對(duì)環(huán)境變化的敏感性。這種新型設(shè)計(jì)允許模塊化定制,使研究人員能夠根據(jù)需要定制具有不同頭部基團(tuán)和連接體的探針,以滿足特定的實(shí)驗(yàn)要求。研究結(jié)果表明,修改頭部基團(tuán)或連接體可以增強(qiáng)探針的敏感性和靶向能力。

此圖展示了一個(gè)分子動(dòng)力學(xué)模擬的快照。該模擬描繪了研究人員所使用的熒光探針之一(品紅色)在模型脂質(zhì)雙層中的相互作用。脂質(zhì)雙層被水(青色)包圍,天然膽固醇以橙色顯示。通過這些模擬,研究人員可以確定其探針的模塊化結(jié)構(gòu)如何影響分子和細(xì)胞行為。然后,他們可以將這些發(fā)現(xiàn)與天然膽固醇的行為進(jìn)行比較
這些探針分為三種不同類型。中性探針容易聚集,但細(xì)胞攝取有限。相反,帶電探針表現(xiàn)出更好的溶解性和與細(xì)胞膜更好的相互作用。含有羥基的探針進(jìn)一步增強(qiáng)氫鍵和脂質(zhì)相互作用,使它們特別適用于研究膜行為。
此外,CND 探針的一些變體對(duì) pH 敏感,允許研究人員追蹤膽固醇在不同酸度的細(xì)胞器(如溶酶體和脂質(zhì)滴)中的移動(dòng)。與傳統(tǒng)膽固醇探針相比,這些工具具有更優(yōu)越的熒光特性和更準(zhǔn)確的膽固醇動(dòng)態(tài)追蹤能力,為深入了解細(xì)胞過程提供了更深入的見解。
“膽固醇對(duì)大腦功能至關(guān)重要,但其失調(diào)可能是疾病進(jìn)展的關(guān)鍵因素,” Stawikowski 說,“我們的新工具提供了一個(gè)窗口,讓我們了解膽固醇如何影響細(xì)胞過程,并可能有助于確定阿爾茨海默病等疾病的治療靶點(diǎn)。”

研究團(tuán)隊(duì)的熒光膽固醇探針在阿爾茨海默病之外也有應(yīng)用,在膜生物學(xué)、脂質(zhì)動(dòng)力學(xué)和藥物遞送方面有潛在用途。通過將實(shí)驗(yàn)技術(shù)與計(jì)算機(jī)模擬相結(jié)合,FAU 團(tuán)隊(duì)為開發(fā)可用于研究各種脂質(zhì)相關(guān)疾病的更好熒光膽固醇探針奠定了基礎(chǔ)。
這些探針是多功能工具,可根據(jù)不同的研究需求進(jìn)行定制,標(biāo)志著在理解膽固醇在細(xì)胞健康和疾病中作用方面取得了重大進(jìn)展。


創(chuàng)立于1961年的佛羅里達(dá)大西洋大學(xué)
參考文獻(xiàn)
Source:Florida Atlantic University
Florescent probes illuminate cholesterol and Alzheimer’s research
Reference:
Rubio, V., McInchak, N., Fernandez, G. et al. Development and characterization of fluorescent cholesteryl probes with enhanced solvatochromic and pH-sensitive properties for live-cell imaging. Sci Rep 14, 30777 (2024). https://doi.org/10.1038/s41598-024-80958-2
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關(guān)愛父母 關(guān)注阿爾茨海默病
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