1. FRET-Based Nanobiosensors for Imaging Intracellular Ca2+ and H+ Microdomains
- Author
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Martin Oheim, Mayeul Collot, Anne Feltz, Jean-Maurice Mallet, Camilla Luccardini, Alsu I. Zamaleeva, Guillaume Despras, Michel De Waard, Institut de biologie de l'ENS Paris (UMR 8197/1024) (IBENS), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département de Biologie - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC), Canaux calciques, Fonctions et Pathologies, [GIN] Grenoble Institut des Neurosciences (GIN), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Grenoble Alpes (UGA), Laboratoire de physiologie cérébrale (LPC - UMR 8118), Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Université Paris Descartes - Paris 5 (UPD5)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de biologie de l'ENS Paris (IBENS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Département de Biologie - ENS Paris, d'Eggis, Gilles, Département de Biologie - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de biologie de l'ENS Paris (UMR 8197/1024) ( IBENS ), École normale supérieure - Paris ( ENS Paris ) -École normale supérieure - Paris ( ENS Paris ) -Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale ( INSERM ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ), Equipe 3 : Canaux calciques, Fonctions et Pathologies, Université Joseph Fourier - Grenoble 1 ( UJF ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale ( INSERM ) -[GIN] Grenoble Institut des Neurosciences, Laboratoire de physiologie cérébrale ( LPC - UMR 8118 ), and Université Paris Diderot - Paris 7 ( UPD7 ) -Université Paris Descartes - Paris 5 ( UPD5 ) -Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale ( INSERM ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
- Subjects
Fluorescence-lifetime imaging microscopy ,Intracellular Space ,Analytical chemistry ,Biosensing Techniques ,lcsh:Chemical technology ,[ CHIM ] Chemical Sciences ,Biochemistry ,Analytical Chemistry ,chemistry.chemical_compound ,FRET-based Ca 2+ and H + probes ,[CHIM] Chemical Sciences ,Fluorescence Resonance Energy Transfer ,lcsh:TP1-1185 ,Instrumentation ,chemistry.chemical_classification ,Chemistry ,Titrimetry ,Endocytosis ,Atomic and Molecular Physics, and Optics ,Molecular Imaging ,nanoparticle surface chemistry ,Protons ,Fluorophore ,intracellular Ca2+ and H+ fluorometry ,Endosomes ,Article ,Biophysical Phenomena ,Cell Line ,Rhodamine ,Nanosensor ,Quantum Dots ,Animals ,[CHIM]Chemical Sciences ,Electrical and Electronic Engineering ,FRET-based Ca2+ and H+ probes ,Fluorescent Dyes ,quantum dot nanobiosensors ,Ions ,Rhodamines ,Biomolecule ,red-emitting indicator ,Acceptor ,Förster resonance energy transfer ,Quantum dot ,Biophysics ,Nanoparticles ,Calcium ,concentration microdomain ,intracellular Ca 2+ and H + fluorometry ,Lysosomes ,cell-penetrating peptide - Abstract
International audience; Semiconductor nanocrystals (NCs) or quantum dots (QDs) are luminous point emitters increasingly being used to tag and track biomolecules in biological/biomedical imaging. However, their intracellular use as highlighters of single-molecule localization and nanobiosensors reporting ion microdomains changes has remained a major challenge. Here, we report the design, generation and validation of FRET-based nanobiosensors for detection of intracellular Ca 2+ and H + transients. Our sensors combine a commercially available CANdot ® 565QD as an energy donor with, as an acceptor, our custom-synthesized red-emitting Ca 2+ or H + probes. These 'Rubies' are based on an extended rhodamine as a OPEN ACCESS Sensors 2015, 15 24663 fluorophore and a phenol or BAPTA (1,2-bis(o-aminophenoxy)ethane-N,N,N′,N′-tetra-acetic acid) for H + or Ca 2+ sensing, respectively, and additionally bear a linker arm for conjugation. QDs were stably functionalized using the same SH/maleimide crosslink chemistry for all desired reactants. Mixing ion sensor and cell-penetrating peptides (that facilitate cytoplasmic delivery) at the desired stoichiometric ratio produced controlled multi-conjugated assemblies. Multiple acceptors on the same central donor allow up-concentrating the ion sensor on the QD surface to concentrations higher than those that could be achieved in free solution, increasing FRET efficiency and improving the signal. We validate these nanosensors for the detection of intracellular Ca 2+ and pH transients using live-cell fluorescence imaging.
- Published
- 2015