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研究背景
BODIPY熒光團(tuán)已經(jīng)在生命科學(xué)的各個(gè)方面取得了非常大的進(jìn)展。作為一種菁染料，它包含獨(dú)特的氮封端單元，它們整合成兩個(gè)平面吡咯部分，為中心螯合的BF2基團(tuán)提供了強(qiáng)有力的錨點(diǎn)，從而提高了熒光團(tuán)的分子剛性和熒光性能。
與花菁(羅丹明)的特殊結(jié)構(gòu)性質(zhì)不同，花菁(羅丹明)在其p-系統(tǒng)中帶有正電荷，而B(niǎo)ODIPY平臺(tái)本身是不帶電荷的，因此親水性非常有限。此外，較大的分子剛性平面和C2v對(duì)稱性容易觸發(fā)熒光團(tuán)本身或標(biāo)記(生物)分子的聚集。這種聚集會(huì)對(duì)共軛過(guò)程、熒光成像中的圖像質(zhì)量、以及水介質(zhì)(熒光探針、光敏劑等)的一般應(yīng)用造成嚴(yán)重的限制。
另一方面，雖然羥基的數(shù)量增加通常能提高探針的水溶性，但它們的數(shù)量和排列對(duì)于在整個(gè)生命系統(tǒng)中進(jìn)行大量的識(shí)別和信號(hào)傳遞過(guò)程至關(guān)重要。比如，人類血型的確定是基于血細(xì)胞表面不同的多糖殘留物的暴露。
方案 1
雖然BODIPY已經(jīng)通過(guò)各種方法(方案 1)提高水溶性，例如通過(guò)引入磺化、胺基、羧酸鹽、PEG殘基、或通過(guò)雙環(huán)芳基取代的碳負(fù)離子。但大多數(shù)BODIPY都經(jīng)歷了繁瑣的合成路線(磺化的肽基連接物)、加入不必要的PEG，或者是引入的電荷，這可能對(duì)探針有負(fù)面作用。此外，天然的BODIPY在衍生化過(guò)程后往往會(huì)受到很大影響。
本文工作
方案 2
在這里，作者提出了一種簡(jiǎn)單的合成路線(方案 2)，將一系列天然豐富的還原糖與BODIPY連接，轉(zhuǎn)化為高熒光和具有良好水溶性的BODIPY衍生物。這種策略利用異構(gòu)體中心作為初始吡咯縮合的反應(yīng)位點(diǎn)，在不影響固有手性的情況下打開(kāi)了所涉及的糖類的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。雖然單糖因此失去了它們的環(huán)狀形狀，但雙糖和三糖保持了它們額外環(huán)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)一致性，這使得它們對(duì)生物分子識(shí)別分析特別有用。
正如預(yù)期的那樣，該產(chǎn)物系列的水溶性強(qiáng)烈依賴于羥基的數(shù)量。戊糖衍生的物種在水中的溶解度非常有限，而連接二糖和三糖底物的GlycoBODIPY則接近于初始多糖的溶解度特征。此外，作者發(fā)現(xiàn)所有的最終產(chǎn)物都溶于四氫呋喃，這為一系列可選的官能化后提供了相容性。
(1)吸收和發(fā)射性能
圖 1
所有的糖共軛化合物都表現(xiàn)出幾乎與BODIPY支架的原型值一致的優(yōu)異的吸收和發(fā)射性能。熒光量子產(chǎn)率在水甚至PBS緩沖溶液中接近90%。如圖1，雖然結(jié)合的碳水化合物的類型對(duì)最終產(chǎn)物的主吸收帶幾乎沒(méi)有影響，但一個(gè)或兩個(gè)給電子的苯乙烯基團(tuán)使發(fā)射波長(zhǎng)紅移到了574
nm和647 nm。
(2)5LFc的晶體結(jié)構(gòu)
圖 2
作者最終成功地獲得了巖藻糖衍生物種5LFuc的晶體(圖 2)。所有的立體中心都與起始原料L-巖藻糖中的單一構(gòu)型相對(duì)應(yīng)，表明在整個(gè)合成過(guò)程中手性不變。
(3)HeLa細(xì)胞中的共聚焦顯微鏡圖像
圖 3
在孵育1小時(shí)后，作者發(fā)現(xiàn)細(xì)胞很容易從細(xì)胞外培養(yǎng)液中攝取GlycoBODIPYs 5糖(c=7.5 mm；圖3)。與天然BODIPY相比，這些染料的溶解度有了很明顯的增加，后者甚至可以觀察到在這些條件下聚集(圖 3C)。
值得注意的是，作為整合手性的函數(shù)，檢測(cè)到明顯的亞細(xì)胞富集。5LFuc型和5LRha非對(duì)映異構(gòu)體之間的差異最為顯著。而5LRhais被排除在細(xì)胞核之外，5LFucis位于胞漿和細(xì)胞核內(nèi)，并有效地染色核仁(圖 3A、B)。這種比較顯示了整合的手性信息在細(xì)胞環(huán)境中的功能性，以及它在合成重塑的多糖單元中的活性。
為了進(jìn)一步分析染色模式和確定目標(biāo)亞細(xì)胞成分，作者將所有的GlycoBODIPY與細(xì)胞器特異的熒光標(biāo)記進(jìn)行了共定位研究。盡管在任何情況下都沒(méi)有明顯的與溶菌素追蹤器共定位的現(xiàn)象，但d-纖維二糖衍生的GlycoBODIPY 5Cely對(duì)線粒體染色顯示出高度的特異性(圖 3D-F)。
文獻(xiàn)原文：Patalag, L. J.; Ahadi, S.; Lashchuk, O.; Jones, P. G.; Ebbinghaus, S.; Werz, D. B., GlycoBODIPYs: Sugars Serving as a Natural Stock for Water-soluble Fluorescent Probes of Complex Chiral Morphology.Angew Chem Int Ed Engl 2021,60(16), 8766-8771.
DOI：10.1002/anie.202016764
