近日，國家納米科學中心李樂樂課題組在線粒體microRNA成像方面取得重要進展。相關研究成果“Spatially Selective Imaging of Mitochondrial MicroRNAs via Optically Programmable Strand Displacement Reactions”發表於《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed. 2021，DOI: 10.1002/anie.202105696）。
線粒體定位microRNA（mitomiR）可通過調控線粒體基因表達，影響線粒體的形態、代謝、氧化還原穩態、自噬和凋亡。mitomiR的异常表達與代謝疾病、心血管疾病、神經退行性疾病以及腫瘤等密切相關。研究發現mitomiR在癌症的化療耐受、腫瘤的轉移和復發等過程中扮演重要角色。囙此，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的意義。近年來，雖然人們開發了大量傳感方法用於細胞內microRNA成像，但無法用於mitomiR的原位成像。這是由於傳統DNA探針缺乏線粒體定位能力，且目標分子的識別和應答上處於“始終開啟”狀態，易產生假陽性訊號，空間分辨能力不足。
李樂樂課題組長期致力於開發時空選擇性分子成像新方法，前期提出了利用上轉換發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用於RNA、pH、金屬離子和酶等多種關鍵分子的時空選擇性成像分析。在此基礎上，構建了近紅外光操控的鏈置換反應，並耦合線粒體靶向定位策略，實現了對兩種mitomiR的邏輯型成像分析。通過將設計的光響應性DNA傳感分子、線粒體定位分子以及上轉換納米顆粒相結合，構建了近紅外調控的納米器件。該體系的傳感功能在遞送至線粒體的過程中處於關閉狀態，只有到達線粒體後，在近紅外光的啟動下才被開啟，從而確保在特定亞細胞器空間內精准mitomiR成像。該工作有望為mitomiR的生物功能研究提供一種有力的工具。
趙健副研究員和聯合培養碩士研究生李之祥為該文章的共同第一作者，李樂樂研究員為通訊作者。上述研究工作得到了國家自然科學基金、中科院青年創新促進會和北京市自然科學基金等項目的支持。
原文連結：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202105696。
圖1.近紅外光調控的DNA鏈置換反應實現兩種mitomiR邏輯型成像
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