I sistemi cristallini delle proteine fluorescenti chiave “illuminano„ le molecole in celle

Gli scienziati all'istituto universitario di Albert Einstein di medicina dell'Yeshiva University hanno determinato i sistemi cristallini di due proteine fluorescenti chiave - un blu, un rosso- usato “illumina„ le molecole in celle.

Quello che trova li ha permessi di proporre un meccanismo chimico da cui il colore rosso in proteine fluorescenti è formato dal blu. Con questi informazioni, i ricercatori ora hanno la prima carta stradale affinchè le proteine fluorescenti nuove e diversamente colorate razionale di progettazione illuminino le strutture ed i trattamenti in celle viventi. Tali sonde colorate potrebbero fornire una finestra, per esempio, in come i trattamenti biologici in celle normali differiscono da quelli in cellule tumorali. Il loro studio compare nell'edizione online del 22 aprile di chimica & di biologia, una pubblicazione editoriale delle cellule.

Questo avanzamento amplierà la rivoluzione della rappresentazione che ha cominciato con una proteina trovata in meduse. Nel 1992, i ricercatori hanno riferito che il gene per proteina fluorescente verde (GFP) potrebbe essere fuso a tutto il gene in una cella vivente. Quando il gene mirato a è espresso, “una proteina di fusione„ (che consiste della proteina del gene mirato a più GFP) è formata. Questa proteina di fusione esibisce la fluorescenza verde intenso una volta esposta ad indicatore luminoso blu.

Grazie a GFP, scienziati hanno avuti un accesso senza precedenti d'offerta della sonda verde della rappresentazione ai funzionamenti interni delle celle viventi. Potevano utilizzare i microscopi (ottici) leggeri ad alta definizione per osservare che l'attivazione dei geni di interesse e quantificare recentemente e tenere la carreggiata ha espresso le proteine come eseguono le loro funzioni in celle viventi. Il premio Nobel 2008 in chimica ha ricevuto a tre scienziati di non Einstein per le loro scoperte in relazione con GFP.

Molte altre proteine fluorescenti di vari colori più successivamente sono state trovate in altri organismi marini quali i coralli. Ma la natura molecolare di questi colori è rimanere un mistero, ostacolante lo sviluppo di nuove sonde della rappresentazione. Gli scienziati che cercano le nuove sonde fluorescenti in primo luogo hanno dovuto fondere i geni per le proteine fluorescenti conosciute ai batteri; poi hanno esposto milioni di questi microrganismi a radiazione, nelle speranze della produzione delle mutazioni genetiche casuali che piombo alle nuove e proteine fluorescenti utili. La scoperta dai ricercatori di Einstein permetterà che le proteine fluorescenti siano create in un modo molto più sistematico e più razionale.

“Conoscendo le strutture molecolari dei cromofori - la parte delle molecole di proteina fluorescenti che dà loro il loro colore - possiamo ora fare alla la progettazione basata a ipotesi delle sonde nuove, invece di contare sulle mutazioni casuali,„ dice il ricercatore principale Vladislav Verkhusha, Ph.D., professore associato dell'anatomia e biologia strutturale e membro del centro di biofotonica di Gruss Lipper a Einstein.

“Cioè„ dice il Dott. Verkhusha, “se ora cambiamo questo o quella molecola di proteina fluorescente in un determinato modo, noi può predire che il cambiamento renderà una nuova proteina che ha un colore fluorescente particolare o altri beni che siamo interessati dentro.„ Facendo uso di questi nuove informazioni, il laboratorio del Dott. Verkhusha già ha progettato varie nuove proteine fluorescenti che possono emettere luce a colori che variano da blu alontano-rosso.

Poiché i ricercatori possono ora seguire le soltanto due o tre proteine per volta, una tavolozza fluorescente in espansione della proteina sarebbe una grande guida. “Per capire molte funzioni cellulari, vorreste seguire dozzine di proteine differenti, in modo da più colori che possiamo sviluppare, il migliore,„ dice il co-author Steven C. Almo, il Ph.D., professore di studio della biochimica e della fisiologia & della biofisica a Einstein. È un esperto in cristallografia a raggi x, un metodo che determina la disposizione degli atomi all'interno di una proteina direzione il cristallo della proteina con un raggio delle razze di x.

I risultati riferiti nel prodotto chimico & documento di biologia sono derivato da uno sforzo di ricerca pluridisciplinare che comprende Structural Biology Center di Einstein (dove gli studi di cristallografia a raggi x sono effettuati) ed il suo centro di biofotonica di Gruss Lipper (che sviluppa le tecniche avanzate di microscopia per studiare i problemi biologici relativi alla malattia umana).

Il laboratorio del Dott. Verkhusha egualmente ha sviluppato le nuove proteine fluorescenti rosse che sono photoactivatable, significanti che possono essere accese dal buio nello stato fluorescente facendo uso di un impulso di scarsità di indicatore luminoso. Con queste sonde versatili, i ricercatori possono usare la microscopia di fluorescenza in tempo reale di super-risoluzione per catturare le immagini piccole quanto 15 - 20 nanometri (il disgaggio di singole molecole) in celle viventi. Prima che tali sonde siano disponibili, la microscopia di fluorescenza di super-risoluzione potrebbe essere fatta soltanto in celle non-vivente.

Recentemente, una delle sonde photoactivatable del Dott. Verkhusha ha permesso che gli scienziati di Einstein osservassero le diverse celle di cancro al seno per parecchi giorni per volta per ottenere le nuove comprensioni nella metastasi, il trattamento tramite cui le celle del tumore si sono sparse ad altre parti del corpo. “Mappare il destino delle celle del tumore nelle regioni differenti di tumore non era possibile prima dello sviluppo della tecnologia photoswitching,„ spiega John S. Condeelis, Ph.D., co-presidente e professore dell'anatomia e biologia strutturale, co-direttore del centro di biofotonica di Gruss Lipper e Judith e il Burton P. Resnick Chair nella ricerca di traduzione.

Istituto universitario di Albert Einstein di SORGENTE di medicina dell'Yeshiva University