I nuovi strumenti che mettono in luce le diverse molecole cellulari stanno trasformando la ricerca biomedica

Gli scienziati al centro di biofotonica di Gruss Lipper all'istituto universitario di Albert Einstein di medicina dell'Yeshiva University hanno condutto loro uso in una serie dei documenti, compreso uno pubblicato oggi nella versione online dei metodi della natura.

Questi nuovi strumenti sono proteine fluorescenti photoactivatable (PAFPs) ed altre proteine fluorescenti avanzate (FPs), varie di cui sono state sviluppate da Vladislav Verkhusha, Ph.D., professore associato dell'anatomia & biologia strutturale a Einstein e un membro della biofotonica concentra. PAFPs e FPs permettono che gli scienziati non invadente prevedano le strutture ed i trattamenti in celle viventi al livello molecolare. Ora è possibile, per esempio, seguire le cellule tumorali poichè cercano i vasi sanguigni e si spargono in tutto l'organismo o guardare come le celle gestiscono i detriti intracellulari, impedendo l'invecchiamento prematuro.

Queste nuove proteine fluorescenti aggiungono considerevolmente alla rivoluzione biomedica della rappresentazione iniziate tramite la scoperta 1992 che il gene per una proteina fluorescente verde (GFP) trovata in una medusa potrebbe essere fuso a tutto il gene in una cella vivente. Quando il gene dell'obiettivo è espresso, GFP si illumina (è flourescente), creando un indicatore visivo di espressione genica e della localizzazione della proteina, via la microscopia (ottica) leggera. Tre scienziati hanno estratto il premio Nobel 2008 in chimica per le loro scoperte in relazione con GFP. Le proteine fluorescenti di altri colori da allora sono state trovate negli organismi marini quali i coralli.

Mentre questo modulo della rappresentazione è inestimabile, è limitato dalla natura inerente di microscopia ottica, che non può dettagli d'immagine di più piccoli di 200 nanometri degli oggetti o così. Tuttavia, molte strutture cellulari, in grado di tenere il tasto alla gestione o a fare maturare della malattia, sono una piccola frazione di quel „Ÿ di dimensione appena alcuni nanometri o più.

Facendo uso di una combinazione specializzata di laser, i computer e le macchine fotografiche digitali altamente sensibili, scienziati hanno potuti superare le barriere della rappresentazione ottica. La prima generazione di queste nuove unità di rappresentazione, conosciuta collettivamente come i microscopi (SR) di fluorescenza di super-risoluzione, poteva catturare le immagini piccole quanto 15 - 20 nanometri - il disgaggio di singole molecole. Ma questo ha potuto essere fatto soltanto in celle non-vivente. L'aggiunta di PAFPs, versioni più versatili di FPs, rese possibile fare microscopia di fluorescenza in tempo reale dello SR in celle viventi. Il mese scorso, i metodi della natura hanno selezionato la microscopia di fluorescenza dello SR come il metodo 2008 dell'anno.

Il Dott. Verkhusha ha sviluppato vari PAFPs e FPs per uso in cellule di mammiferi della rappresentazione, amplianti le applicazioni di microscopia di fluorescenza. Fra questi è PAFPs che può essere girato in funzione e a riposo con un impulso di indicatore luminoso, di FPs che può essere flourescente nei colori differenti e di FPs che ha migliore risoluzione per la rappresentazione del profondo-tessuto.

Recentemente, il Dott. Verkhusha ha sviluppato un PAmCherry1 chiamato PAFP rosso, che ha l'attivazione mediante la luce più veloce, il contrasto migliore e migliore stabilità confrontata all'altro PAFPs del suo tipo. “PAmCherry1 permetterà i miglioramenti in parecchie tecniche di rappresentazione, microscopia di fluorescenza dello SR di considerevolmente due colori, in cui due molecole differenti o due trattamenti biologici possono essere osservati simultaneamente in un unicellulare,„ spiega il Dott. Verkhusha. I risultati sono stati pubblicati oggi nella versione online dei metodi della natura.

Parecchi studi hanno occupato PAFPs del Dott. Verkhusha, rivelante le nuove comprensioni in vari trattamenti biologici. Per esempio, uno del suo PAFPs è stato usato per catturare le prime immagini del nanoscale dell'orientamento delle molecole all'interno delle strutture biologiche. “Tali immagini potrebbero essere utili nello studio le interazioni della proteina-proteina, la crescita e del crollo delle strutture intracellulari e molte altre domande biologiche,„ dice il Dott. Verkhusha. I risultati sono stati pubblicati nel novembre 2008 nei metodi della natura.

In ancora un altri metodi della natura studi, anche pubblicato nel novembre 2008, il Dott. Verkhusha ha contribuito un romanzo PAFP ad un nuovo metodo di esame delle celle di cancro al seno diverse per parecchi giorni per volta, fornenti i nuovi dati dettagliati su come le cellule tumorali invadono il tessuto circostante e raggiungono i vasi sanguigni, un trattamento chiamato metastasi. “Mappare il destino delle celle del tumore nelle regioni differenti di tumore non era possibile prima dello sviluppo della tecnologia photoswitching,„ spiega John Condeelis, il Ph.D., co-presidente e professore dell'anatomia e della biologia strutturale ed il co-direttore della biofotonica di Gruss Lipper concentrano.

Inoltre, il Dott. Verkhusha ha sviluppato i nuovi tipi di proteine fluorescenti per uso nella microscopia fluorescente convenzionale. Queste nuove proteine fluorescenti, chiamate temporizzatori fluorescenti (FTs), possono cambiare il loro colore da blu a rosso sopra un aspetto delle ore. “Questo il FTs permetterà agli scienziati di studiare il traffico delle proteine cellulari e fornire comprensione accurata nella sincronizzazione dei trattamenti intracellulari, quali l'attivazione o l'inibizione di espressione genica o di sintesi delle proteine,„ dice il Dott. Verkhusha.

Insieme ad un altro scienziato di Einstein, Ana Maria Cuervo, M.D., il Ph.D., il professore associato di biologia inerente allo sviluppo & molecolare, l'anatomia & la biologia strutturale e la medicina, il Dott. Verkhusha hanno impiegato il FTs per dimostrare per la prima volta come una proteina ha chiamato LAMP-2A, che pulisce i detriti cellulari, è trasportata agli organelli intracellulari chiamati lisosomi, in cui i detriti si digeriscono. La comprensione del questo trattamento, che mantiene la salubrità delle celle e degli organi, può piombo ai trattamenti per tenere gli organi della gente anziana nello stato principale. I risultati sono stati pubblicati nell'emissione dell'11 gennaio di biologia del prodotto chimico della natura.