光活化探针又称为可光点亮的探针，在生物学领域具有广泛的应用，如生物小分子或者例子的检测和释放，酶活性的监控或者超高分辨成像等。经典的光活化探针的获得是通过引入光笼基团（photocage）来改变荧光探针的光物理性质进而猝灭荧光，然后利用特定的光源与带有光笼基团的探针进行作用，使光笼基团离去或分解，进而释放荧光。四嗪（Tetrazine）化合物能够通过荧光共振能量转移机理（FRET）很好地猝灭多种荧光基团的荧光，且能够通过反电子的Diels–Alder反应破坏四嗪的结构使探针重新释放出荧光，因而在生物标记和荧光成像领域获得了极为广泛的应用。但通过生物正交反应破坏四嗪结构通常需要向体系中加入过量的高环张力的烯烃或炔烃化合物，在一定程度上限制了该方法的应用。相比起这种基于化学反应的活化荧光团的方法，光活化的方法提供了优越的空间和时间控制，且更具生物相容性。

图1. 通过可见光活化点亮不同骨架结构探针的荧光

近期，莱斯大学的Han Xiao教授（点击查看介绍）课题组报导了一种全新的策略，他们在荧光团中共轭连接四嗪结构，从而通过键能能量转移（TBET）猝灭荧光，并利用可见光光解破坏四嗪（tetrazine）结构实现荧光的定时定点释放。他们发现，用254纳米、365纳米和405纳米的光与连有四嗪结构的荧光基团作用以后，四嗪结构被破坏，荧光基团释放出了极强的荧光。随后他们运用该策略，通过不同的化学修饰，在A431细胞内实现了光控的细胞成像和亚细胞器成像（Tz-BODIPY-TPP靶向线粒体；Tz-BODIPY-Ts靶向内质网；Tz-BODIPY-MOR靶向溶酶体）。通过与已上市荧光探针的共定位实验，他们发现利用该光控荧光释放的策略进行细胞器成像具有较高的皮尔森相关系数（Pearson\'s correlation coefficients），这说明该策略对亚细胞结构标记成像具有很高的靶向性。

他们还将这一光活化荧光释放策略成功应用于活细胞的超高分辨荧光成像。他们将该光控活化策略与蛋白靶向标记技术（Halo-Tag）联用，实现了光活化探针在蛋白水平的靶向性。他们以组蛋白（Histone）为例，将Halo-tag短肽融入组蛋白中；在Tz-BODIPY上修饰Halo-Tag的反应底物（Halo 配体），得到了化合物Tz-BODIPY-Halo。荧光共定位表明这个荧光分子能很好的靶向H2B-Halo-tag，并且实现了该蛋白的超高分辨成像，定位精度高达40纳米。目前Xiao教授和他的团队正在尝试通过波长更长的双光子激光来实现该光活化过程，以期扩大该策略在生物成像和临床领域的应用。

图2. 该类光活化荧光探针可以与蛋白靶向标记技术联用

这个研究发表在Chemical Science上。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Tetrazine as a general phototrigger to turn on fluorophores

Axel Loredo, Juan Tang, Lushun Wang, Kuan-Lin Wu, Zane Peng, Han Xiao*

Chem. Sci., 2020, DOI: 10.1039/D0SC01009J

莱斯大学 (Rice University) 的Han Xiao教授课题组拥有崭新的实验室，一流的公共科研平台和良好的工作环境。课题组研究方向包括：生物探针、蛋白质化学修饰、蛋白进化、抗体偶联、化学生物学以及相关交叉学科。欢迎具有化学、生物化学、分子生物工程、化学工程、药学等相关专业背景的本科、硕士及在读博士加盟。

https://www.x-mol.com/university/faculty/49804