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Proteínas quimicamente modificadas que podem ser fotoativados (por exemplo, as proteínas PKA enjaulado) foram desenvolvidas como um campo emergente na biologia química de forma não-invasiva, manipular processos bioquímicos intercelulares1,2 ,3. Usando a luz como um estímulo oferece excelente resolução spatiotemporal quando activar estas enjaulado proteínas. No entanto, a luz UV pode causar alterações morfológicas indesejáveis, apoptose e dano ao DNA de células4,5. Daí, desenvolvimentos recentes na concepção dos grupos photocaging focar permitindo que photocleavage sobre o mais longo comprimento de onda ou dois fotões excitação para reduzir fototoxicidade, bem como para aumentar a penetração de tecidos profundos6,7. Enjaulamento grupos que respondem ao comprimento de onda mais longo, permitindo-nos escolher o apropriado uncaging comprimentos de onda (ou seja, canais) seletivamente ativar bioeffectors quando dois ou mais grupos de enjaulamento estão presentes7. Tendo em conta estas características úteis, desenvolver novos grupos de photocaging de luz vermelha é muito importante trabalho upstream em fotoquímicas metodologias para estudos biológicos, que vão desde os mecanismos de reações de controle de atividades celulares8de sondagem. Apesar de tudo, um grupo de enjaulamento dois fotões é normalmente muito hidrofóbico devido à estrutura de anel aromático fundido, e um grupo de enjaulamento de luz visível é normalmente organometálico, com ligantes aromáticos. Esta propriedade hidrofóbica/aromático não é adequada quando o bioeffector é uma proteína ou enzima, que desnatura o site da ativação da enzima/proteína e provoca a perda de função, mesmo se a conjugação e fotólise continua a funcionar a nível químico2 ,9.
UCNPs são eficazes transdutores que convertem a luz de excitação de NIR aos raios UV. Esta propriedade única e fascinante de UCNPs ofereceu-se resoluções realistas para enfrentar os desafios associados a fotoativação e desencadeada a liberação controlada de moléculas pequenas, incluindo ácido fólico10, cisplatina derivados11 , DNA/siRNA12, copolímero vesículas13e partículas ocas14. No entanto, o melhor de nosso conhecimento, o photoactivation assistida por UCNP de enzimas ou proteínas não foi testado até agora. Porque não há nenhum caso de sucesso do uso de luz vermelha ou NIR a fotoativa uma enzima, recebemos indicações para executar a ativação de uma enzima/proteína de construção composta por complexos enzima enjaulado quimicamente modificado com uma sílica-revestido, acionadas por NIR dopado com lantanídeos UCNP15. Neste estudo, o UCNP foi conjugada com uma quinase de transdução de sinal reagir rapidamente sob a forma de PKA enjaulado. PKA controla a síntese de glicogênio e regulamento do citoesqueleto que responde a estímulos externos, através de regulamento de adenosina cíclico (cAMP) de fosfato no citosol16. Estudamos a viabilidade de activação enzimática em educação espacial e temporal em um experimento de celular após a irradiação de NIR. Esta plataforma photoactivation assistida por UCNP é uma nova metodologia para Fotoativar uma enzima usando NIR e evita a resposta de transdução de sinal indesejado de células causada por UV convencional irradiação2,4.
É muito difícil translocar bioeffectors grande (por exemplo, proteínas) através da membrana celular para controlar a atividade celular. Apesar de partícula-imobilizado proteína pode ser mais fácil para translocar através de endocitose no citosol, endocitose pode ser danificado ou degradada através de uma armadilha de CDDP e a consequente degradação lisossomal2,4. Mesmo se a proteína enjaulada é ainda funcional após translocação da membrana, os montantes translocados podem não ser suficiente para desencadear a resposta celular2,17. Em contraste, a microinjeção é uma abordagem direta e quantitativa para entregar grandes bioeffectors para o citoplasma da célula. Além disso, bioeffector UCNP-imobilizado requer upconverted luz para ser ativado. Portanto, a instrumentação óptica requer mais modificação para medir, Visualizar e utilizar a luz upconversion. Neste trabalho, a entrega de um complexo de PKA-UCNP enjaulado para uma célula utilizando microinjeção e as seguintes modificações essenciais de espectroscopia e microscopia para NIR photoactivation será descrita em detalhes.