在生物體中，5-醛基尿嘧啶（5fU）發揮著重要的作用，并在許多相關領域引起廣泛的關注。當生物體暴露于紫外線、Fenton型試劑、電離輻射、受到活性氧攻擊或酶氧化時，就會產生5fU，導致基因錯配、DNA干擾、蛋白質-DNA相互作用的調控以及DNA結構的改變。

人們往往采用一些化學工具對5fU進行選擇性標記以產生對環境敏感的核苷堿基（nucleobases），并以此來檢測這種重要的生物標志物。比如肼、羥氨基、苯二胺和茚三酮衍生物都可以與5fU的醛基發生高效反應。因此，5fU類似物的設計有望帶來有效且生物相容的生物傳感器。

基于DNA的生物傳感器在許多領域不斷發展，并在生物標志物檢測、疾病治療、納米技術和計算等應用中表現出巨大的潛力。核苷堿基在高通量的寡核苷酸合成上表現出良好的特異性，使用壽命長，容易實現特定目標的檢測。然而，大多數的研究是為了開發適體信標、納米顆粒和人工堿基。關于核苷堿基天然修飾的應用研究還很少。
 

文獻案例分享

研究不息，探索不止，武漢大學化學與分子科學學院的研究人員介紹了一種將5fU作為多功能合成模塊的新概念，有望促進生物傳感器的設計和合成。他們在化學領域著名期刊Angew. Chem. Int. Ed上發表了這一研究成果。通訊作者為武漢大學化學與分子科學學院院長周翔教授，該研究中采用的小鼠胚胎干細胞和胚胎干細胞完全培養基來自賽業OriCell®。
 

他們將5-甲酰基-2'-脫氧尿苷中糖的5'-OH被疊氮基（N3）取代，而疊氮基可以與炔基修飾的目標基團發生反應，進一步實現細胞或細胞器的選擇性結合。同時，5fU中的醛基可與不同的化學物質結合，產生對各種環境敏感的熒光核苷堿基，從而檢測特定目標。
 

圖1.5fU設計多功能構建模塊思路

為了驗證這種概念的可行性，研究人員選擇三苯基膦（TPP）作為靶向線粒體的基團，對癌細胞和小鼠胚胎干細胞中的線粒體進行選擇性成像。結果表明，無論是在HeLa細胞中，還是在mESC中，TPP-biaU（藍色）的信號與線粒體探針MitoTracker（紅色）的信號均能很好地重疊。
 

圖2.TPP-biaU與MitoTracker信號重疊分布圖

研究人員認為，這項研究提出了一種新思路和設計探針的方法，可以通過對環境敏感的核苷堿基來選擇性結合細胞或細胞器，以檢測特定目標。據了解，這是第一個來自天然核苷堿基的具有聚集誘導發光（AIE）性質的核苷堿基。此外，這種試劑對5fU的反應也是高度選擇性的，因此可用于5fU的檢測。

“這些成功的應用表明，我們基于天然核苷堿基的傳感器設計理念是合理的，它將在分子設計、細胞成像、生物化學操作和分析化學領域具有廣泛的應用前景。這有望對未來的探針設計產生重大影響。”作者在文中寫道。

原文檢索：
5-Formyluracil as a Multifunctional Building Block in Biosensor Designs.
https://doi.org/10.1002/anie.201804007

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