Сворачивание белков в живых клетках часто отражает общее состояние клетки. Австралийские ученые разработали молекулярный зонд, который определяет состояние протеома - всего набора белков - путем измерения полярности белкового окружения. Флуоресцентный сигнал зонда количественно определяет развертывание, а его хамелеоноподобный цветовой сдвиг отображает клеточные области усиленного неправильного сворачивания, говорится в исследовании, опубликованном в журнале Angewandte Chemie.
Если живые клетки находятся в состоянии стресса, механизмы синтеза белка и корректировки фолдинга выходят из равновесия. Неправильно свернутые белки остаются застрявшими, происходит усиленная деградация, а неактивные белки и белковые остатки агрегируют с образованием гранул и конденсатов в цитоплазме. Такие агрегаты играют важную роль в нейродегенеративных заболеваниях и раке. Одним из движущих факторов агрегации белков с неправильной укладкой, по-видимому, является полярность - электронное распределение в окружающей среде. Юнинг Хонг и его коллеги из Мельбурнского университета Ла Троб и Мельбурнского университета в Австралии разработали двухрежимный флуорогенный зонд для более детального мониторинга агрегации белков.
В одном из режимов датчик обнаруживает неправильно свернутые белки. Правильно свернутые белки часто стабилизируются мостиками из аминокислоты цистеина. Эти мостики обычно глубоко спрятаны, тогда как белки с неправильной укладкой обнажают остатки цистеина на поверхности. Авторы объясняют, что когда зонд связывается с цистеином, выставленным неправильно свернутой белковой цепью, включается флуоресценция.
В другом режиме датчик оценивает полярность. Полярные среды указывают на несбалансированное электронное распределение, которое можно измерить с помощью диэлектрической проницаемости. Чтобы измерить этот параметр, исследователи добавили к флуорогенному зонду электронную химическую группу «тяни-толкай». Они заметили, что в полярных растворах с высокой диэлектрической проницаемостью флуорогенный зонд NTPAN-MI излучал флуоресцентный сигнал со сдвигом цвета. Таким образом, это «хамелеоноподобное» изменение цвета указывает на изменение полярности.
Авторы протестировали зонд NTPAN-MI на клеточной линии человека, которую они подвергли стрессу, добавив препараты, препятствующие синтезу и фолдингу белка. Ученые наблюдали нормальную флуоресценцию в необработанных клетках, но яркую флуоресценцию при накоплении развернутых или неправильно свернутых белков в клетках, обработанных токсинами или инфицированных вирусом. Кроме того, цветовой сдвиг указывал на полярность окружающей среды и, следовательно, на состояние протеома каждого клеточного компартмента. Исследователи сообщили, что впервые визуализировали «развернутую белковую нагрузку» в ядре. Предыдущие методы позволяли измерять только развернутые белки в цитоплазме.
Благодаря двум режимам измерения - измерению разворачивания и полярности белкового окружения - зонд NTPAN-MI обеспечивает более четкое представление о стрессовых реакциях живых клеток, чем то, что может быть получено только с одномодальными зондами или другими методы. Авторы отмечают, что их метод позволит ученым получить более точные сведения о перекрестных помехах клеточных компонентов в ответ на стресс.