分享一篇JACS上的文章，本文的通讯作者来自加州大学伯克利分校化学，分子和细胞生物学系以及海伦·威尔斯神经科学研究所的Christopher J. Chang教授，该课题组的研究方向为通过追求传感和催化的新概念来研究生物学和能源中的金属，目前已经开发了基于活性的传感（ABS）作为通用技术平台，以实现相应的生物学应用，如成像和诊断，蛋白质组学和药物发现。
铜是人类健康必不可少的元素。由于大脑对新陈代谢和信号的需求旺盛，脑中的铜含量特别高。之前有研究表明，神经元的激活会引起细胞铜的重新分布，从而影响神经元的兴奋性。随后的研究表明，这些不稳定的铜池在调节视网膜组织回路的自发活动和斑马鱼模型中的睡眠行为中发挥着至关重要的作用。然而，铜稳态的失调会导致活性氧（ROS）异常增加，从而导致蛋白质，脂质和DNA / RNA的氧化损伤，引发癌症等疾病。然而，铜稳态对大脑和中枢神经系统功能和疾病的潜在因果关系仍未充分了解。
虽然目前已经开发了许多化学技术来探测生物铜通量，包括荧光和磁共振成像（MRI）以及生物发光铜指示剂。但该领域的一个空白是要改善对可扩散探针的定位的控制，以实现对铜的更高空间分辨率。在本文中，作者发展了一种基于酰基咪唑生物共轭化学的活性传感器（ABS）探针用于检测不同脑细胞中的不稳定脑铜池的分布，该探针在铜存在的时候，通过在不稳定的铜池的位置对邻近的蛋白质实现染料的共价标记，从而使染料在铜的位置固定，保留住空间的信息。这种ABS策略利用直接铜结合触发荧光反应，并且不需要金属和氧依赖性反应，与以前的三[（2-吡啶基）甲基]胺（TPA）衍生ABS探针相比，具有非常明显的优势。
首先，作者利用合成的CD649探针在HEK 293T和MEF细胞中检测药理性铜补充和消耗所带来的不稳定铜池的变化。同时作者在MEF细胞模型中，检测了铜输出基因ATP7A敲除所引起的不稳定铜变化的研究。此外，作者用CD649探针来表征大脑三种主要细胞类型（神经元，星形胶质细胞和小胶质细胞）中的不稳定铜池的分布。首先，在培养的原代海马神经元中，作者发现CD649探针可以在去极化时追踪不稳定铜池在体细胞中的重新分布。
同时，作者还用CD649探针揭示了在炎性刺激下不同的细胞中不稳定铜动力学的特异性反应。其中炎症触发星形胶质细胞中不稳定铜的重新定位，并且会导致不稳定铜的降低，而炎症会导致小胶质细胞中不稳定铜的增加。作者认为这两种细胞类型中不稳定铜的相反动力学可能导致神经炎症反应。其中星形胶质细胞中不稳定铜的收缩被小胶质细胞中不稳定铜的膨胀通过在细胞之间传递的信号所补偿。这种串扰可以作为神经退行性疾病中的神经保护机制。
总之，本文作者发展了一种基于酰基咪唑生物共轭化学的基于活性的传感器（ABS）探针用于检测不同脑细胞中的不稳定脑铜池，作者认为基于活性的试剂将在提供有关金属信号传导和金属代谢之间连续性的基础信息方面具有价值。
本文作者：LSC
责任编辑：CY
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.0c05727
原文引用：DOI：10.1021/jacs.0c05727
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