クマリン由来の蛍光プローブの合成と応用多様な化学環境を横断する生細胞のNAD（P）Hダイナミクスのリアルタイムモニタリング

蛍光プローブは、細胞プロセスの解明に重要な役割を果たします。NAD（P）Hの感知は、細胞の代謝と酸化還元生物学を理解する上で極めて重要です。ここでは、生細胞のNAD（P）Hレベルの監視のためのクマリンプラットフォームに基づいた3つの蛍光プローブA、B、およびCの開発と特性評価について説明します。プローブAとBは、クマリン - シアニンハイブリッド構造をビニールとチオフェン接続ブリッジをそれぞれ3-キノリニウム受容体に組み込み、プローブCは、プローブAのラクトンカルボニル基を置き換えるためのジシアノ部分を導入します。nad（p）hで。当初、すべてのプローブは、分子内電荷移動（ICT）消光剤のために沈み込まれた蛍光を示します。ただし、NAD（P）Hによる水素化物移動により、蛍光の活性化は強化されたICTによって引き起こされます。理論計算は、クマリンセクションの代わりにキノリン部分に由来する水素化物の添加時に電子吸収が変化し、中央部のセクションに変化することを確認し、水素化物の添加がこの吸収の性質にどのように影響するかを示しています。コントロールおよび用量反応実験は、HELA細胞内の細胞内NAD（P）Hレベルを特定する際のプローブCの特異性と信頼性の決定的な証拠を提供します。さらに、共局在研究は、プローブCのミトコンドリアの選択的ターゲティングを示しています。代謝基質の調査により、グルコース、マルトース、ピルビン酸、乳酸、乳酸カリウム、およびアスパルテームがNAD（P）Hレベルでの影響を明らかにし、栄養の利用可能性と人工甘味料に対する細胞応答に光を放出します。さらに、細胞NAD（P）Hレベルでのオキサリプラチンの結果を調査し、DNA損傷の修復、代謝再プログラミング、および酵素活性の間の複雑な相互作用を明らかにします。飢えたフルーツフライの幼虫のアンダースコアプローブCの有効性を使用したin vivo研究外部化合物に応答したNAD（P）Hダイナミクスの監視における有効性。これらの発見は、生物医学研究の文脈におけるNAD（P）Hシグナル伝達経路を調査するための汎用性の高いツールとしてのプローブCの有用性を強調し、細胞の代謝、ストレス反応、および疾患メカニズムに関する洞察を提供します。

Fluorescent probes play a crucial role in elucidating cellular processes, with NAD(P)H sensing being pivotal in understanding cellular metabolism and redox biology. Here, the development and characterization of three fluorescent probes, A, B, and C, based on the coumarin platform for monitoring of NAD(P)H levels in living cells are described. Probes A and B incorporate a coumarin-cyanine hybrid structure with vinyl and thiophene connection bridges to 3-quinolinium acceptors, respectively, while probe C introduces a dicyano moiety for replacement of the lactone carbonyl group of probe A which increases the reaction rate of the probe with NAD(P)H. Initially, all probes exhibit subdued fluorescence due to intramolecular charge transfer (ICT) quenching. However, upon hydride transfer by NAD(P)H, fluorescence activation is triggered through enhanced ICT. Theoretical calculations confirm that the electronic absorption changes upon the addition of hydride to originate from the quinoline moiety instead of the coumarin section and end up in the middle section, illustrating how the addition of hydride affects the nature of this absorption. Control and dose-response experiments provide conclusive evidence of probe C's specificity and reliability in identifying intracellular NAD(P)H levels within HeLa cells. Furthermore, colocalization studies indicate probe C's selective targeting of mitochondria. Investigation into metabolic substrates reveals the influence of glucose, maltose, pyruvate, lactate, acesulfame potassium, and aspartame on NAD(P)H levels, shedding light on cellular responses to nutrient availability and artificial sweeteners. Additionally, we explore the consequence of oxaliplatin on cellular NAD(P)H levels, revealing complex interplays between DNA damage repair, metabolic reprogramming, and enzyme activities. In vivo studies utilizing starved fruit fly larvae underscore probe C's efficacy in monitoring NAD(P)H dynamics in response to external compounds. These findings highlight probe C's utility as a versatile tool for investigating NAD(P)H signaling pathways in biomedical research contexts, offering insights into cellular metabolism, stress responses, and disease mechanisms.