Глутатион является наиболее распространенным природным антиоксидантом в клетках. Он защищает их от повреждений и регулирует ряд важных функций, включая пролиферацию и гибель клеток, синтез генетического материала и белков и активацию экспрессии генов. Эти функции регулируются изменениями концентрации глутатиона, но современные методы не позволяют измерять уровни глутатиона внутри клеток в режиме реального времени. Исследователи из Медицинского колледжа Бэйлора, Детской больницы Техаса и Университета Райса продвинулись в области исследований глутатиона на шаг вперед, разработав флуоресцентный зонд - они назвали его RealThiol - который может измерять в реальном времени изменения концентрации глутатиона в живых клетках. Это исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, предлагает новый инструмент для изучения роли глутатиона в старении, здоровье и таких заболеваниях, как рак, болезни Альцгеймера и Паркинсона, сердечно-сосудистые заболевания и диабет, среди прочих.
«До сих пор методы измерения уровня глутатиона внутри клеток допускали только однократное измерение», - сказал соответствующий автор доктор Джин Ван, доцент кафедры фармакологии и химической биологии, а также молекулярной и клеточной биологии в Бэйлоре. «Мы хотели разработать метод, который позволил бы биологам измерять изменение концентрации глутатиона внутри клеток в режиме реального времени».
Как измерять изменения глутатиона в режиме реального времени
Предыдущие методы основаны на необратимых химических реакциях, которые улавливают весь глутатион, находящийся внутри клеток, обеспечивая однократный снимок его количества. Ван, получивший образование физико-химика-органика, и его коллеги искали обратимые химические реакции, которые могли бы захватывать и высвобождать глутатион, что позволяло проводить множественные измерения внутри одной и той же клетки.
«Другим исследователям удалось разработать химические зонды для измерения динамических изменений кальция и цинка в клетках с использованием обратимых химических реакций», - сказал Ван. «Однако некоторые исследователи считали, что то же самое нельзя сделать для глутатиона».
В 2015 году Ван и его коллеги опубликовали доказательство того, что для измерения глутатиона можно использовать обратимую реакцию. Дальнейшие исследования привели к текущей публикации.
"Ключевой вклад текущего исследования заключается в том, что мы оптимизировали зонд и значительно ускорили реакцию; как прямую, так и обратную реакцию можно завершить в течение одной минуты, что позволяет нам следить за динамическими изменениями глутатиона в живые клетки», - сказал Ван. «Наш метод требует очень малых количеств зонда, что приводит к небольшой токсичности и минимальному нарушению антиоксидантной способности клеток, а зонд можно использовать в различных приложениях, от микроскопии до экспериментов по сортировке клеток."
Используя RealThiol, исследователи измерили повышенную антиоксидантную способность активированных нейронов и динамические изменения глутатиона во время ферроптоза, формы гибели клеток. Группа Wang в настоящее время разрабатывает зонды глутатиона с различной субклеточной специфичностью. Этот новый набор инструментов потенциально может генерировать знания, которые могут помочь в разработке новых стратегий лечения заболеваний, связанных с процессами, опосредованными глутатионом.