Modular Engineering of DNAzyme-Based Sensors for Spatioselective Imaging of Metal Ions in Mitochondria

脱氧核酶 纳米器件 化学 细胞器 纳米技术 线粒体 生物物理学 生物传感器 DNA 生物化学 材料科学 生物
作者
Deyu Yi,Hengzhi Zhao,Jian Zhao,Lele Li
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (3): 1678-1685 被引量:47
标识
DOI:10.1021/jacs.2c11081
摘要

DNAzyme-based sensors remain at the forefront of metal-ion imaging efforts, but most lack the subcellular precision necessary to their applications in specific organelles. Here, we seek to overcome this limitation by presenting a DNAzyme-based biosensor technology for spatiotemporally controlled imaging of metal ions in mitochondria. A DNA nanodevice was constructed by integrating an optically activatable DNAzyme sensor and an upconversion nanoparticle with an organelle-targeting signal. We exemplify that this approach allows for mitochondria-specific imaging of Zn2+ in living cells in a near-infrared light-controlled manner. Based on this, the system is used for the monitoring of mitochondrial Zn2+ during drug treatment in a cellular model of ischemia insult. Furthermore, the DNA nanodevice is employed to assess dynamic Zn2+ change and pharmacological interventions in an injury cell model of Zn2+ toxicity. This method paves the way for engineering of DNAzyme sensors to investigate the pathophysiological roles of metal ions at the subcellular level.
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