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Bioluminescence synthétique : Une synthèse

La bioluminescence est une émission de la lumière produite quand le luciferase d'enzymes catalyse l'oxydation de son substrat, luciferin.

Crédit : anko70/Shutterstock.com

Le cas le plus réputé de la bioluminescence est la lumière produite par des lucioles. Le luciferase de luciole a été armé pour la recherche biologique en accouplant la réaction de luciferase à d'autres analyses enzymatiques.

Quelques efforts ont été effectués pour employer la bioluminescence chez les animaux vivants, mais le substrat de luciferin de luciole, D-luciferin, a la perméabilité inférieure à tissu, et l'affinité faible pour le luciferase. Il également ne croise pas la barrière hémato-encéphalique, qui limite des possibilités d'application aux études du cerveau.

Des solutions de rechange synthétiques au système de luciferase de luciole ont été développées pour surmonter les limitations de cette analyse.

Analogues de Luciferin

Un analogue synthétique de D-luciferin, AkaLumine appelé, produit la lumière dans la gamme de proche-infrared, à 677 nanomètre. Cette longueur d'onde peut pénétrer les fuselages et les tissus de la plupart des animaux. Supplémentaire, AkaLumine distribue bien aux tissus cellulaires et aux organes profonds, à la différence de D-luciferin.

Les chercheurs ont produit un système synthétique de bioluminescence basé sur AkaLumine en modifiant le gène de luciferase par l'évolution dirigée. Ceci les a permis au système synthétique de bioluminescence de technicien "A" qui pourrait être employé en tissus animaux vivants.

Le système donnant droit a produit un signe de bioluminescence 1000 fois plus intenses que le luciferase de luciole en cerveau de souris. On lui a également montré pour permettre à des chercheurs de voir différentes cellules rougeoyantes dans le poumon de souris.

Une autre alternative à D-luciferin est CyclLuc1. CycLuc1 est un aminoluciferin qui a une sonnerie cinq-membered protégée par fusible d'indoline. Cette molécule a des propriétés supérieures à D-luciferin in vivo, qui signifie que moins de substrat est exigé pour la représentation, et un rendement lumineux plus fort et plus persistant est produit.

CycLuc1 croise promptement la barrière hémato-encéphalique et peut être employé pour atteindre les tissus cérébraux profonds. Un déplacement vers le rouge des photons émis est censé pour contribuer à l'intensité améliorée de la lumière produite par CycLuc1.

CycLuc1 peut être simplement substitué à D-luciferin dans des analyses de bioluminescence. D'autres aminoluciferins expérimentaux ont été développés. CycLuc1 et CycLuc2 ont protégé par fusible les sonneries cinq-membered. CycLuc3 et CycLuc4 ont protégé par fusible les sonneries six-membered d'oxazine.

CycLuc5 et CycLuc6 ont été conçus pour émettre la lumière à de plus longues longueurs d'onde. Ils ont des 2,2,4 groupes triméthyliques-dihydroquinoline qui induit un déplacement vers le rouge dans les fluorophores, tels que des coumarins et des oxazines. Au moins 12 de ces aminoluciferins synthétiques ont été produits.

Mutants de Luciferase

Le luciferase de luciole a un niveau élevé de plasticité structurelle et recevra une grande sélection de molécules comme substrats. Les scientifiques ont constaté qu'une combinaison de trois mutations actives de site du gène de luciferase de luciole (R218K, L286M, et S347A) a produit un luciferase avec la sélectivité de 10.000 fois pour un substrat synthétique de luciferin au-dessus du substrat naturel, D-luciferin.

Les trois mutations de l'enzyme le rendent inactif avec D-luciferin. CycLuc7 s'est avéré le substrat optimal pour le luciferase de triple-mutant in vitro.

Le luciferase de mutant élimine essentiellement le rendement lumineux du substrat indigène de D-luciferin tout en maintenant ou améliorant l'émission légère d'un ou plusieurs substrats synthétiques de luciferin en cellules sous tension. Les luciferins et les luciferases synthétiques de mutant augmentent de manière significative la gamme des options pour in vivo et des analyses in vitro.

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Last Updated: Feb 26, 2019

Dr. Catherine Shaffer

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Dr. Catherine Shaffer

Catherine Shaffer is a freelance science and health writer from Michigan. She has written for a wide variety of trade and consumer publications on life sciences topics, particularly in the area of drug discovery and development. She holds a Ph.D. in Biological Chemistry and began her career as a laboratory researcher before transitioning to science writing. She also writes and publishes fiction, and in her free time enjoys yoga, biking, and taking care of her pets.

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