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Self-Internal Standard Fluorescence for Ultrasensitive Detecting of mtDNA to Evaluate Matrilineal Genetic Defect Levels
Analytical Chemistry ( IF 6.7 ) Pub Date : 2024-07-08 , DOI: 10.1021/acs.analchem.4c01945 Beidou Feng 1, 2 , Zhe Wang 1 , Xiaoli Zhao 3 , Huiyu Niu 1 , Yafu Wang 1 , Kui Wang 1 , Kai Jiang 2 , Hua Zhang 1, 3
Analytical Chemistry ( IF 6.7 ) Pub Date : 2024-07-08 , DOI: 10.1021/acs.analchem.4c01945 Beidou Feng 1, 2 , Zhe Wang 1 , Xiaoli Zhao 3 , Huiyu Niu 1 , Yafu Wang 1 , Kui Wang 1 , Kai Jiang 2 , Hua Zhang 1, 3
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Mitochondrial DNA (mtDNA) is a unique genetic material characterized by maternal inheritance. It possesses a circular structure devoid of histone protection and exhibits low cellular abundance, which poses great challenges for its sensitive and selective detection at the living cell level. Herein, we have designed three bis-naphthylimide probes with varying linker lengths (NANn–OH, n = 0, 2, 6), facilitating the formation of distinct twisted or folded molecular conformations in the free state. These probes emit the red fluorescence around 627 nm with different fluorescence quantum yields (ΦNAN0-OH = 0.0016, ΦNAN2-OH = 0.0136, and ΦNAN6-OH = 0.0125). When encountering mtDNA (0.4–3.4 μg/mL), these probes undergo conformational changes depending on the length of the attached C-strand and exhibit a gradually increasing fluorescence signal around 453 nm. The fluorescence intensity increased to 13.5-fold, 1.9-fold, and 8.2-fold, respectively. Notably, the red fluorescence intensities around 627 nm remain constant throughout this process, thus serving as an inherent correction mechanism for proportional fluorescence signal enhancement to improve selectivity and sensitivity. NAN0-OH, NAN2-OH, and NAN6-OH showed good linearity for mtDNA in the range of 0.4–3.4 μg/mL with detection limits of LODNAN0-OH = 1.04 μg/mL, LODNAN2-OH = 1.10 μg/mL, and LODNAN6-OH = 1.15 μg/mL. Cellular experiments reveal that NAN6-OH effectively monitors curcumin-induced mtDNA damage in HepG-2 cells while enabling monitoring of genetic mtDNA damage. We anticipate that this tool holds significant potential for the precise evaluation of maternal genetic defects, thereby enhancing hypersensitive assessment in clinical medicine.
中文翻译：
自内标荧光超灵敏检测 mtDNA 评估母系遗传缺陷水平
线粒体DNA（mtDNA）是一种以母系遗传为特征的独特遗传物质。它具有缺乏组蛋白保护的圆形结构，并且细胞丰度较低，这对其在活细胞水平上的灵敏和选择性检测提出了巨大的挑战。在这里，我们设计了三种具有不同接头长度的双萘酰亚胺探针（NANn-OH，n = 0,2,6），促进在自由状态下形成不同的扭曲或折叠分子构象。这些探针发射约 627 nm 的红色荧光，具有不同的荧光量子产率（Φ NAN0-OH = 0.0016、Φ NAN2-OH = 0.0136 和 Φ NAN6-OH = 0.0125）。当遇到 mtDNA (0.4–3.4 μg/mL) 时，这些探针会根据所附着的 C 链长度发生构象变化，并在 453 nm 附近表现出逐渐增强的荧光信号。荧光强度分别增加至13.5倍、1.9倍和8.2倍。值得注意的是，627 nm 附近的红色荧光强度在整个过程中保持恒定，从而作为比例荧光信号增强的固有校正机制，以提高选择性和灵敏度。 NAN0-OH、NAN2-OH 和 NAN6-OH 对 mtDNA 在 0.4–3.4 μg/mL 范围内表现出良好的线性，检测限为 LOD NAN0-OH = 1.04 μg/mL，LOD NAN2-OH = 1.10 μg/mL ，LOD NAN6-OH = 1.15 μg/mL。细胞实验表明，NAN6-OH 可以有效监测 HepG-2 细胞中姜黄素诱导的 mtDNA 损伤，同时能够监测遗传 mtDNA 损伤。 我们预计该工具在精确评估母体遗传缺陷方面具有巨大潜力，从而增强临床医学中的过敏评估。
更新日期：2024-07-08
中文翻译：
自内标荧光超灵敏检测 mtDNA 评估母系遗传缺陷水平
线粒体DNA（mtDNA）是一种以母系遗传为特征的独特遗传物质。它具有缺乏组蛋白保护的圆形结构，并且细胞丰度较低，这对其在活细胞水平上的灵敏和选择性检测提出了巨大的挑战。在这里，我们设计了三种具有不同接头长度的双萘酰亚胺探针（NANn-OH，n = 0,2,6），促进在自由状态下形成不同的扭曲或折叠分子构象。这些探针发射约 627 nm 的红色荧光，具有不同的荧光量子产率（Φ NAN0-OH = 0.0016、Φ NAN2-OH = 0.0136 和 Φ NAN6-OH = 0.0125）。当遇到 mtDNA (0.4–3.4 μg/mL) 时，这些探针会根据所附着的 C 链长度发生构象变化，并在 453 nm 附近表现出逐渐增强的荧光信号。荧光强度分别增加至13.5倍、1.9倍和8.2倍。值得注意的是，627 nm 附近的红色荧光强度在整个过程中保持恒定，从而作为比例荧光信号增强的固有校正机制，以提高选择性和灵敏度。 NAN0-OH、NAN2-OH 和 NAN6-OH 对 mtDNA 在 0.4–3.4 μg/mL 范围内表现出良好的线性，检测限为 LOD NAN0-OH = 1.04 μg/mL，LOD NAN2-OH = 1.10 μg/mL ，LOD NAN6-OH = 1.15 μg/mL。细胞实验表明，NAN6-OH 可以有效监测 HepG-2 细胞中姜黄素诱导的 mtDNA 损伤，同时能够监测遗传 mtDNA 损伤。 我们预计该工具在精确评估母体遗传缺陷方面具有巨大潜力，从而增强临床医学中的过敏评估。
京公网安备 11010802027423号