Angew：新型亚细胞器定位探针——BODIPY型光笼分子
细胞是构成生命结构的基本单元，其主要由细胞膜、细胞质及细胞核三部分组成。处于细胞膜内、细胞核外的细胞质并不是一种均一的结构，其内悬浮着许多被称为细胞器的颗粒，它们包括线粒体、溶酶体、高尔基体等，这些细胞器共同负责细胞的正常代谢。目前，人们主要通过小分子来调控这些细胞器的生理进程以研究它们的结构及功能，但大部分小分子都无法实现精准定位。因此，发展具有准确定位性能的分子一直是科学家研究的热点。此外，当分子进入到特定细胞器后，如何对调控过程进行精准地操控也是在分子设计过程中需要考虑的问题。
近日，以色列特拉维夫大学植物科学与食品安全学院的Roy Weinstain课题组报道了一类基于氟硼荧光染料（BODIPY）的光笼分子。这些分子能够准确地定位到细胞中的线粒体、溶酶体及内质网上，并且定点地释放线粒体解联剂、嘌呤霉素等药物。该成果以“Organelles Targeted BODIPY Photocages: Visible-Light Mediated Sub-Cellular Photorelease”为题发表于《德国应用化学》（DOI: 10.1002/anie.201900850）。
图1. 光笼分子（5-8，10）的合成及其光化学性质探究
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
BODIPY型光笼分子的光反应性与其结构息息相关，因此作者首先探究了不同的结构及取代基修饰对分子光化学性质的影响。以含有对硝基苯胺（PNA）的BODIPY为基础，作者合成了不同结构及官能团取代的BODIPY型光笼分子（图1. 5-8，10），并对它们的稳定性进行了研究（图1）。结果表明，这些分子在无光照条件下都非常稳定，且在可见光照射下会释放PNA，这表明作者采用的修饰手法并没有改变BODIPY作为光笼分子的特性。
图2. 分子探针11-13的合成、光化学性质及细胞共定位效果
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
在确定了这种形式的修饰不会影响BODIPY的光化学性质后，作者以4为基础，通过酰胺化反应得到了具有内质网定位效果的探针11、酶体定位效果的探针12及线粒体定位效果的探针13，并对它们的光化学性质、细胞定位效果进行了研究（图2）。结果显示，上述三种探针均可以在进入细胞后富集到特定的细胞器中，并且其PNA释放特性也得以保留。
图3. 光笼分子14和16的合成及其细胞测试
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
最后，作者以线粒体定位探针为模型，检验了这些光笼分子在实际操作中的适用性。2,4-二硝基苯酚是一种常用的线粒体解联剂，能够有效地降低线粒体膜电势，而商品化线粒体定位染料罗丹明123（Rho 123）在线粒体膜电势降低后便会进入到细胞质中。基于这种特性，作者利用荧光显微镜研究了含二硝基苯基团的BODIPY型光笼分子16的调控性能（图3）。结果发现，这种光笼分子能够在活细胞内的特定位置有效地进行光反应。
全文亮点：作者报道了一种不影响BODIPY光笼特性的修饰方法，并通过该方法得到了多种能对亚细胞器进行定位的光笼分子。
全文作者：Dnyaneshwar Kand, Lorena Pizarro, Inbar Angel, Adi Avni, Dinorah Friedmann-Morvinski, and Roy Weinstain。
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