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Proteine chimicamente modificati che possono essere fotoattivazione (ad es., proteine PKA in gabbia) sono state sviluppate come campo emergente in biologia chimica non invadente manipolare i processi biochimici intercellulari1,2 ,3. Utilizzando la luce come uno stimolo fornisce un'eccellente risoluzione spazio-temporale durante l'attivazione di questi ingabbiati proteine. Tuttavia, la luce UV può causare indesiderati cambiamenti morfologici, apoptosi e danno del DNA in cellule4,5. Quindi, recenti sviluppi nella progettazione dei gruppi di photocaging di concentrano sull'attivazione photocleavage lunghezza d'onda o due-fotone eccitazione per ridurre fototossicità, nonché per aumentare la penetrazione dei tessuti profondi6,7. Attivare gruppi di ingabbiamento che rispondono alla lunghezza d'onda maggiore, permettendoci di scegliere adatto uncaging lunghezze d'onda (cioè, canali) a selettivamente bioeffectors quando due o più gruppi di ingabbiamento sono presenti7. Date queste caratteristiche utili, lo sviluppo di nuovi gruppi di luci rosse photocaging è un lavoro molto importante a Monte in fotochimiche metodologie per gli studi biologici che vanno da sondare i meccanismi delle reazioni al controllo di attività cellulari8. Tuttavia, un gruppo di ingabbiamento del due-fotone è normalmente troppo idrofobico a causa della struttura fusa anello aromatico, e un gruppo di ingabbiamento di luce visibile è normalmente organometallico, con ligandi aromatici. Questa proprietà idrofobe/aromatico non è adatta quando la bioeffector è una proteina o un enzima, che denatura il sito di attivazione della proteina/enzima e causa la perdita di funzione, anche se la coniugazione e la fotolisi continuano a funzionare a livello chimico2 ,9.
UCNPs sono efficaci trasduttori che convertono la luce di eccitazione di NIR a UV. Questa proprietà unica e affascinante di UCNPs ha offerto risoluzioni realistici per affrontare le sfide associate fotoattivazione e attivato il rilascio controllato di piccole molecole, tra cui l'acido folico10, cisplatino derivati11 , DNA/siRNA12, copolimero vescicole13e particelle cava14. Tuttavia, al meglio della nostra conoscenza, il UCNP-assistita fotoattivazione di enzimi o proteine è non stato testato finora. Perché non esiste nessun caso di successo dell'utilizzo di luce rossa o NIR per fotoattivi un enzima, ci hanno richiesto di eseguire l'attivazione di un costrutto di proteine/enzimi composto da complessi di chimicamente modificati degli enzimi in gabbia con un silice rivestite, NIR-innescato drogato con lantanidi UCNP15. In questo studio, il UCNP è stato coniugato con una reazione rapida chinasi di trasduzione di segnale sotto forma di PKA in gabbia. PKA controlla la sintesi del glicogeno e regolazione del citoscheletro che risponde agli stimoli esterni tramite regolamento di fosfato (accampamento) adenosina ciclica nel cytosol16. Abbiamo studiato la fattibilità di attivazione enzimatica in maniere temporale e spaziale in un esperimento cellulare dopo irradiazione di NIR. Questa piattaforma di fotoattivazione assistita da UCNP è una nuova metodologia per photoactivate un enzima utilizzando NIR ed evita la risposta di trasduzione del segnale indesiderato dalle cellule causata da convenzionale UV irradiazione2,4.
È molto difficile traslocano nel grande bioeffectors (ad es., proteine) attraverso la membrana cellulare per controllare l'attività cellulare. Sebbene immobilizzata particella proteina potrebbe essere più semplice traslocano tramite endocitosi nel cytosol, endocitosi possono essere danneggiati o deteriorati via endosomal allettamento e il conseguente degradazione lisosomiale2,4. Anche se la proteina in gabbia è ancora funzionante dopo traslocazione di membrana, gli importi spostati potrebbero non essere sufficiente a innescare la risposta cellulare2,17. In netto contrasto, microiniezione è un approccio diretto e quantitativo per offrire grande bioeffectors nel citoplasma della cellula. Inoltre, bioeffector UCNP-immobilizzata richiede luce upconverted da attivare. Pertanto, la strumentazione ottica richiede ulteriori modifiche per misurare, visualizzare e utilizzare la luce upconversion. In questo lavoro, la consegna di un complesso di PKA-UCNP in gabbia per una cella mediante microiniezione e le seguenti modifiche essenziali di spettroscopia e microscopia per NIR fotoattivazione descriveremo in dettaglio.