A Fluorescent Toolkit for Imaging Reactive Oxygen Species (ROS)

University Of Virginia, Charlottesville VA

Investigators

Linked publications & trials

Abstract

ABSTRACT  Redox  biology  is  increasingly  being  recognized  as  a  key  signaling  theme  in  the  cellular  physiology  field.  Research  in  redox  biology  is  greatly  hindered  by  the  lack  of  methods  for  monitoring  defined  redox  processes  in  cells  and  cell  subdomains.  This  project  addresses  this  technical  issue  by  engineering  genetically  encoded  redox  biosensors  that  selectively  report  the  localization  and  molecular  dynamics  of  specific  reactive  oxygen  species (ROS).  The following four specific aims are pursued:  1. Develop genetically encoded superoxide (O2??) sensors.   2. Engineer genetically encoded fluorescent probes for singlet oxygen (1O2).   3. Engineer genetically encoded fluorescent probes for hydroxyl radical (?OH).   4. Use  the  fluorescent  toolkit  to  examine  reactive  oxygen/nitrogen  species  (ROS/RNS)  in  doxorubicin-­?? treated tumor and healthy cells.   The  proposed  work  is  expected  to  establish  new  capabilities  for  in  vitro  and  in  vivo  detection  of  these  highly  reactive,  underexplored  ubiquitous  molecules  showing  important  roles  in  pathophysiology.  We  will  also  perform  experiments  to  capitalize  on  the  capabilities  of  our  new  fluorescent  probes,  in  terms  of  multi-­??color  time-­??lapse  imaging  and  high  selectivity  toward  particular  ROS/RNS.  We  will  use  these  new  fluorescent  biosensors  to  advance  our  understanding  of  the  roles  of  ROS/RNS  in  the  anticancer  activity  and  the  cardiotoxicity side effect of doxorubicin, a widely used chemotherapy drug. The study may shine light on new  strategies to reduce the cardiotoxicity of doxorubicin without abolishing its anticancer ability.  As  UCR  is  one  of  only  a  few  research  universities  in  the  U.S.  that  are  also  federally  designated  Hispanic-­?? Serving  Institutions,  we  will  include  undergraduate  and  graduate  students  from  underrepresented  groups  in  this  project.  The  training  they  receive  will  broaden  the  participation  of  underrepresented  groups  in  the  STEM  field.