自2018年首次報導線粒體和溶酶體存在直接接觸（mitochondriaand lysosome contact, MLC）以來，對MLC的判定只能通過超解析度顯微鏡和電子顯微鏡測量細胞器間的物理距離來確定。尚無能直接顯示MLC的精確位置的生化方法。為了解決這一難題，南京大學郭子建院士/何衛江教授課題組，利用線粒體和溶酶體內活性硫環境和性能的差異，開發了一種細胞滲透性、生物相容性、黏度響應性的小分子螢光探針Coupa，用於同時成像線粒體-溶酶體以研究活細胞中線粒體和溶酶體的相互作用。相關工作以題為「Adual-labeling probe to track functional mitochondria-lysosome interactions inlive cells」已於12月8日在《Nature Communications》上發表。
雙標記成像原理。圖片來源於 Nature Communications
研究人員發現，Coupa在溶酶體上時會發射紅光（Coupa-lyso），在線粒體中可與活性硫作用發生結構改變而發射藍光（Coupa-mito）。利用這一特點，該探針可用於同時觀測線粒體和溶酶體，顯現兩者間亞細胞水平相互作用的動態跟蹤。更重要的是，Coupa還能夠在亞細胞器水平精確定位黏度變化，從而首次發現線粒體-溶酶體接觸部位的局部黏度增加。
Coupa雙色標記識別MLC接觸位點（綠色：商用線粒體MTG探針；藍色：Coupa-mito標記的線粒體部分；紅色：Coupa-lyso標記的溶酶體部分）。圖片來源於Nature Communications
這一工作不僅提供了用於定位和動態跟蹤活細胞中功能性線粒體-溶酶體的相互作用的探針，也提供了一種新的設計策略，利用線粒體中獨特的內部環境來轉換探針的結構，使其發出不同的顏色，從而實現多色標記。這一設計原則也可推廣用於設計其它多細胞器多色成像探針上。論文的第一作者為陳啟鑫博士和方紅寶博士，南京大學作為論文的第一完成單位，張凱教授，何衛江教授，郭子建院士和刁佳傑教授為本文的通訊作者。
課題組簡介
郭子建，中國科學院院士，教育部長江學者獎勵計劃「特聘教授」，國家傑出青年科學基金獲得者，曾獲義大利化學會Sacconi獎章、教育部自然科學一等獎等。主要研究領域為化學生物學，從事金屬及其配合物的化學生物學研究，設計構築了系列金屬離子螢光探針，建立和發展了相關的體內外螢光成像方法，觀察到離子的遷移和富集現象；探索了金屬抗腫瘤藥物反應性能及活性差異，構建了新型鉑類藥物靶向傳輸體系；發展了系列基於銅配合物的人工核酸酶，研究了它們的構效關係及金屬中心間的協同效應、DNA斷裂能力及抗腫瘤活性間的關聯等。
何衛江，南京大學教授、博士生導師，2001年南京大學獲博士學位並獲南京大學和江蘇省優秀博士論文獎。2002年在德國馬普膠體與界面研究所進行博士後研究。2003年至今在南京大學配位化學國家重點實驗室工作。主要研究方向為生物相關無機小分子物種的螢光探針設計、細胞/活體造影及其在小分子生物無機化學研究中的應用，光活化金屬配合物與生物分子的相互作用，無機金屬藥物及重金屬探針的設計、成像及其在藥理、毒理研究中的應用，已在Nat. Commun.; J. Am. Chem. Soc.; Angew. Chem.Int. Ed.; Chem. Soc.Rev.等知名學術刊物上發表論文近百篇。
論文連結：
https://www.nature.com/articles/s41467-020-20067-6