近日，國家納米科學(xué)中心研究員李樂樂課題組在線粒體microRNA成像研究中取得重要進展。相關(guān)研究成果以Spatially Selective Imaging of Mitochondrial MicroRNAs via Optically Programmable Strand Displacement Reactions為題，發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, DOI: 10.1002/anie.202105696）上。

線粒體定位microRNA（mitomiR）可通過調(diào)控線粒體基因表達，影響線粒體的形態(tài)、代謝、氧化還原穩(wěn)態(tài)、自噬和凋亡。mitomiR的異常表達與代謝疾病、心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病以及腫瘤等密切相關(guān)。已有研究發(fā)現(xiàn)，mitomiR在癌癥的化療耐受、腫瘤的轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)等過程中扮演重要角色。因此，mitomiR原位精確成像對探究mitomiR生理和病理功能、疾病診斷等具有重要意義。近年來，雖然學(xué)界已開發(fā)出大量傳感方法用于細胞內(nèi)microRNA成像，但無法用于mitomiR的原位成像。這是由于傳統(tǒng)DNA探針缺乏線粒體定位能力，且目標(biāo)分子的識別和應(yīng)答上處于“始終開啟”狀態(tài)，易產(chǎn)生假陽性信號，空間分辨能力不足。

李樂樂課題組長期致力于開發(fā)時空選擇性分子成像新方法，前期提出了利用上轉(zhuǎn)換發(fā)光操控分子傳感和成像的新概念（J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 578），近年來將該方法拓展應(yīng)用于RNA、pH、金屬離子和酶等多種關(guān)鍵分子的時空選擇性成像分析。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了近紅外光操控的鏈置換反應(yīng)，并耦合線粒體靶向定位策略，實現(xiàn)了對兩種mitomiR的邏輯型成像分析。通過將設(shè)計的光響應(yīng)性DNA傳感分子、線粒體定位分子以及上轉(zhuǎn)換納米顆粒相結(jié)合，構(gòu)建了近紅外調(diào)控的納米器件。該體系的傳感功能在遞送至線粒體的過程中處于關(guān)閉狀態(tài)，只有到達線粒體后，在近紅外光的激活下才被開啟，從而確保在特定亞細胞器空間內(nèi)精準(zhǔn)mitomiR成像。該研究有望為mitomiR的生物功能研究提供一種有力的工具。

副研究員趙健和聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生李之祥為論文的共同第一作者，李樂樂為論文通訊作者。研究工作獲得國家自然科學(xué)基金、中科院青年創(chuàng)新促進會和北京市自然科學(xué)基金等項目的支持。

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近紅外光調(diào)控的DNA鏈置換反應(yīng)實現(xiàn)兩種mitomiR邏輯型成像