10.1002/anie.202011108
Angewandte Chemie International Edition
RESEARCH ARTICLE
Methods 2015, 12, 244-250; d) J. B. Grimm, A. K. Muthusamy, Y. J. Liang,
T. A. Brown, W. C. Lemon, R. Patel, R. W. Lu, J. J. Macklin, P. J. Keller,
N. Ji, L. D. Lavis, Nat. Methods 2017, 14, 987-994; e) M. G. Romei, C.
Y. Lin, I. I. Mathews, S. G. Boxer, Science 2020, 367, 76-79; f) J. W. Park,
Y. M. Rhee, J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 13619-13629; g) L. Wang, M.
Tran, E. D'Este, J. Roberti, B. Koch, L. Xue, K. Johnsson, Nat. Chem.
2020, 12, 165-172.
chemical mechanism and design might also be generally
applicable to
a wide range of RBFs, photoisomerizable
fluorophores and molecules with aggregation-induced emission
properties. The capacity to produce fluorophores with rationally
tunable rotational barriers could potentiate novel applications in
biological systems, membrane chemistry and material science.
[6]
[7]
[8]
[9]
A. Jablonski, Nature 1933, 131, 839-840.
B. Valeur, Dig.l Encycl. Appl. Phys. 2003, 477-531.
R. O. Loutfy, Macromolecules 1983, 16, 678-680.
Acknowledgements
a) Y. Liu, C. H. Wolstenholme, G. C. Carter, H. Liu, H. Hu, L. S. Grainger,
K. Miao, M. Fares, C. A. Hoelzel, H. P. Yennawar, G. Ning, M. Du, L. Bai,
X. Li, X. Zhang, J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 7381-7384; b) K. H. Jung,
S. F. Kim, Y. Liu, X. Zhang, ChemBioChem 2019, 20, 1078-1087.
We thank support from the Burroughs Welcome Fund Career
Award at the Scientific Interface 1013904 (X.Z.), Paul Berg Early
Career Professorship (X.Z.), Lloyd and Dottie Huck Early Career
Award (X.Z.), Sloan Research Fellowship FG-2018-10958 (X.Z.),
PEW Biomedical Scholars Program 00033066 (X.Z.), and
National Institute of Health R35 GM133484 (X.Z.). We thank Dr.
Gang Ning and Ms. Missy Hazen of the Penn State Microscopy
Core Facility and Dr. Tatiana Laremore of the Penn State
Proteomics and Mass Spectrometry Core Facility for technical
assistance.
[10] C. Dugave, L. Demange, Chem. Rev. 2003, 103, 2475-2532.
[11] a) P. Pronkin, A. Tatikolov, Sci 2019, 1, 19; b) I. Baraldi, A. Carnevali, M.
Caselli, F. Momicchioli, G. Ponterini, G. Berthier, J. Mol. Struct.:
THEOCHEM 1995, 330, 403-410; c) K. Schöffel, F. Dietz, T. Krossner,
Chem. Phys. Lett. 1990, 172, 187-192.
[12] a) V. I. Stsiapura, A. A. Maskevich, V. A. Kuzmitsky, V. N. Uversky, I. M.
Kuznetsova, K. K. Turoverov, J. Phys. Chem. B 2008, 112, 15893-15902;
b) M. Biancalana, S. Koide, Bioch. Biophys. Acta 2010, 1804, 1405-1412.
[13] a) R. Y. Tsien, Ann. Rev. Biochem. 1998, 67, 509-544; b) F. Yang, L. G.
Moss, G. N. Phillips, Nat. Biotech. 1996, 14, 1246-1251.
[14] T. Förster, G. Hoffmann, Zeitschrift für Physikalische Chemie 1971, 75,
63-76.
Keywords: molecular rotor-based fluorophores • viscosity
sensitivity • protein aggregation • fluorescence microscopy
[15] A. Vyšniauskas, M. Qurashi, N. Gallop, M. Balaz, H. L. Anderson, M. K.
Kuimova, Chem. Sci. 2015, 6, 5773-5778.
[1]
[2]
a) M. A. Haidekker, E. A. Theodorakis, Org. Biomol. Chem. 2007, 5,
1669-1678; b) M. A. Haidekker, E. A. Theodorakis, J. Biol. Eng. 2010, 4,
11; c) Y. Hong, J. W. Lam, B. Z. Tang, Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 5361-
5388; d) J. Mei, N. L. C. Leung, R. T. K. Kwok, J. W. Y. Lam, B. Z. Tang,
Chem. Rev. 2015, 115, 11718-11940; e) S. Gozem, H. L. Luk, I. Schapiro,
M. Olivucci, Chem. Rev. 2017, 117, 13502-13565.
[16] A. H. Ashoka, P. Ashokkumar, Y. P. Kovtun, A. S. Klymchenko, J. Phys.
Chem. Lett. 2019, 10, 2414-2421.
[17] T. T. Vu, R. Meallet-Renault, G. Clavier, B. A. Trofimov, M. K. Kuimova,
J Mater. Chem. C 2016, 4, 2828-2833.
[18] A. S. Klymchenko, Acc. Chem. Res. 2017, 50, 366-375.
[19] K. A. Conway, J. D. Harper, P. T. Lansbury, Biochem. 2000, 39, 2552-
2563.
a) M. K. Kuimova, G. Yahioglu, J. A. Levitt, K. Suhling, J. Am. Chem.
So.c 2008, 130, 6672-6673; b) W. L. Goh, M. Y. Lee, T. L. Joseph, S. T.
Quah, C. J. Brown, C. Verma, S. Brenner, F. J. Ghadessy, Y. N. Teo, J.
Am. Chem. Soc. 2014, 136, 6159-6162; c) W. T. Yu, T. W. Wu, C. L.
Huang, I. C. Chen, K. T. Tan, Chem. Sci. 2016, 7, 301-307; d) M. K.
Kuimova, S. W. Botchway, A. W. Parker, M. Balaz, H. A. Collins, H. L.
Anderson, K. Suhling, P. R. Ogilby, Nat. Chem. 2009, 1, 69-73; e) X. Liu,
W. J. Chi, Q. L. Qiao, S. V. Kokate, E. P. Cabrera, Z. C. Xu, X. G. Liu, Y.
T. Chang, ACS Sensors 2020, 5, 731-739; f) M. X. You, S. R. Jaffrey,
Annu. Rev. Biophys. 2015, 44, 187-206; g) J. Qian, B. Z. Tang, Chem
2017, 3, 56-91; h) J. Liang, B. Tang, B. Liu, Chem. Soc. Rev. 2015, 44,
2798-2811; i) K. Nienhaus, G. U. Nienhaus, Chem. Soc. Rev. 2014, 43,
1088-1106; j) J. Chan, S. C. Dodani, C. J. Chang, Nat. Chem. 2012, 4,
973-984.
[20] M. Maruyama, H. Shimada, T. Suhara, H. Shinotoh, B. Ji, J. Maeda, M.
R. Zhang, J. Q. Trojanowski, V. M. Y. Lee, M. Ono, K. Masamoto, H.
Takano, N. Sahara, N. Iwata, N. Okamura, S. Furumoto, Y. Kudo, Q.
Chang, T. C. Saido, A. Takashima, J. Lewis, M. K. Jang, I. Aoki, H. Ito,
M. Higuchi, Neuron 2013, 79, 1094-1108.
[21] W. E. Klunk, Y. M. Wang, G. F. Huang, M. L. Debnath, D. P. Holt, C. A.
Mathis, Life Sci. 2001, 69, 1471-1484.
[22] a) M. Goedert, Nat. Rev. Neur. 2001, 2, 492-501; b) H. A. Lashuel, B. M.
Petre, J. Wall, M. Simon, R. J. Nowak, T. Walz, P. T. Lansbury, J. Mol.
Biol. 2002, 322, 1089-1102; c) M. G. Spillantini, M. L. Schmidt, V. M.-Y.
Lee, J. Q. Trojanowski, R. Jakes, M. Goedert, Nature 1997, 388, 839-
840.
[23] L. Giehm, N. Lorenzen, D. E. Otzen, Methods 2011, 53, 295-305.
[24] a) D. R. Rosen, Nature 1993, 364, 362-362; b) D. R. Borchelt, M. K. Lee,
H. S. Slunt, M. Guarnieri, Z. S. Xu, P. C. Wong, R. H. Brown, D. L. Price,
S. S. Sisodia, D. W. Cleveland, P. Natl. Acad. Sci. USA 1994, 91, 8292-
8296; c) L. I. Bruijn, M. K. Houseweart, S. Kato, K. L. Anderson, S. D.
Anderson, E. Ohama, A. G. Reaume, R. W. Scott, D. W. Cleveland,
Science 1998, 281, 1851-1854.
[3]
a) J. A. Levitt, M. K. Kuimova, G. Yahioglu, P. H. Chung, K. Suhling, D.
Phillips, J. Phys. Chem. C 2009, 113, 11634-11642; b) M. K. Kuimova,
Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 12671-12686; c) W. T. Yu, T. W.
Wu, C. L. Huang, I. C. Chen, K. T. Tan, Chem. Sci. 2016, 7, 301-307; d)
K. H. Jung, M. Fares, L. S. Grainger, C. H. Wolstenholme, A. Hou, Y. Liu,
X. Zhang, Org. Biomol. Chem. 2019, 17, 1906-1915; e) M. Fares, Y. Li,
Y. Liu, K. Miao, Z. Gao, Y. Zhai, X. Zhang, Bioconjug. Chem. 2018, 29,
215-224. f) M. Z. Chen, M. Z. Chen, N. S. Moily, J. L. Bridgford, R. J.
Wood, M. Radwan, T. A. Smith, Z, Song, B.Z. Tang, L. Tilley, X. Xu, G.
E. Reid, M. A. Pouladi, Y. Hong, D. M. Hatters, Nat. Commun., 2017, 8,
474-481; g) S. Zhang, M. Liu, L. Y. F. Tan, Q. Hong, Z. L. Pow, T. C.
Owyong, S. Ding, W. W. H. Wong, Y. Hong, Chem. Asian J., 2019, 6,
904-909
[25] M. Cudkowicz, D. McKenna-Yasek, P. Sapp, W. Chin, B. Geller, D.
Hayden, D. Schoenfeld, B. Hosler, H. Horvitz, R. Brown, Ann. Neur. 1997,
41, 210-221.
[26] R. Gupta, P. Kasturi, A. Bracher, C. Loew, M. Zheng, A. Villella, D. Garza,
F. U. Hartl, S. Raychaudhuri, Nat. Methods 2011, 8, 879-884.
[27] G. Matsumoto, S. Kim, R. I. Morimoto, J. Biol. Chem. 2006, 281, 4477-
4485.
[4]
[5]
a) Z. R. Grabowski, K. Rotkiewicz, W. Rettig, Chem. Rev. 2003, 103,
3899-4032; b) S. Sasaki, G. P. Drummen, G.-i. Konishi, J. Mater. Chem.
C 2016, 4, 2731-2743.
[28] M. DiFiglia, E. Sapp, K. O. Chase, S. W. Davies, G. P. Bates, J. Vonsattel,
N. Aronin, Science 1997, 277, 1990-1993.
[29] a) S. Krobitsch, S. Lindquist, P. Natl. Acad. Sci. 2000, 97, 1589-1594; b)
J. A. Johnston, C. L. Ward, R. R. Kopito, J. Cell Biol. 1998, 143, 1883-
1898.
a) S. Sasaki, G. P. C. Drummen, G. Konishi, J. Mater. Chem. C 2016, 4,
2731-2743; b) H. Qian, M. E. Cousins, E. H. Horak, A. Wakefield, M. D.
Liptak, I. Aprahamian, Nat. Chem. 2017, 9, 83-87; c) J. B. Grimm, B. P.
English, J. J. Chen, J. P. Slaughter, Z. J. Zhang, A. Revyakin, R. Patel,
J. J. Macklin, D. Normanno, R. H. Singer, T. Lionnet, L. D. Lavis, Nat.
7
This article is protected by copyright. All rights reserved.