Если живые клетки подвергаются стрессу, механизмы синтеза белка и коррекции сворачивания нарушаются. Неправильно свернутые белки остаются застрявшими, происходит усиленная деградация, а неактивные белки и белковые остатки агрегируются с образованием гранул и конденсатов в цитоплазме. Такие агрегаты играют важную роль в нейродегенеративных заболеваниях и раке. Одним из движущих факторов агрегации неправильно свернутых белков, по-видимому, является полярность – электронное распределение в окружающей среде.
Юнинг Хонг и его коллеги из Университета Ла Троб в Мельбурне и Университета Мельбурна, Австралия, разработали двухмодальный флуорогенный зонд для более детального мониторинга агрегации белков.
В одном режиме зонд определяет неправильно свернутые белки.
Правильно свернутые белки часто стабилизируются мостиками из аминокислоты цистеина. Эти мостики обычно глубоко скрыты, тогда как неправильно свернутые белки обнажают остатки цистеина на поверхности.
Когда зонд связывается с цистеином, экспонированным неправильно свернутой белковой цепью, включается флуоресценция, объясняют авторы.
В другом режиме датчик определяет полярность. Полярная среда указывает на несбалансированное электронное распределение, которое можно измерить с помощью диэлектрической проницаемости. Чтобы измерить этот параметр, исследователи добавили к флуорогенному зонду электронную "пушпульную" химическую группу.
Они заметили, что в полярных растворах с высокой диэлектрической проницаемостью флуорогенный зонд под названием NTPAN-MI испускал свой флуоресцентный сигнал со сдвигом цвета. Это "хамелеоноподобное" изменение цвета, таким образом, указывает на изменение полярности.
Авторы протестировали зонд NTPAN-MI на линии клеток человека, которую они подчеркнули, добавив препараты, которые мешают синтезу и фолдингу белка. Ученые наблюдали нормальную флуоресценцию в необработанных клетках, но яркую флуоресценцию, когда развернутые или неправильно свернутые белки накапливались в клетках, обработанных токсинами или инфицированных вирусом. Кроме того, изменение цвета сигнализировало о полярности окружающей среды и, следовательно, о протеомном состоянии каждого клеточного компартмента.
Исследователи сообщили, что они впервые визуализировали «развернутую белковую нагрузку» в ядре. Предыдущие методы могли измерять только развернутые белки в цитоплазме.
Благодаря двум режимам восприятия – измерению разворачивания и полярности белковой среды – зонд NTPAN-MI обеспечивает более четкую картину стрессовых реакций живых клеток, чем то, что можно получить с помощью только одномодальных зондов или других методов. Авторы отмечают, что их метод позволит ученым получить более точные сведения о перекрестных помехах клеточных компонентов в ответ на стресс.