Molekylær aktivitet maleri til at kontrollere og overvåge switch-lignende, lyskontrollerede forstyrrelser inde i celler

Plasmamembranen tjener som et vigtigt knudepunkt for signalkaskader til styring af afgørende cellulære processer. Men det er et flydende medium, hvilket gør signaleringsprocesserne svære at overvåge. Nu, Tyske videnskabsmænd har designet en molekylær "malerpensel"-teknik til at udløse, styring, og også overvåge signaleringsprocesser. Som de skriver i journalen Angewandte Chemie , deres modulære system lavet af lysaktiverbare molekylære byggesten kan, for eksempel, inducere mønstret sammentrækning inde i levende celler.

Plasmamembranen er en tæt lipidbarriere, der omgiver cellen. Membranproteiner styrer tilstrømningen og udstrømningen af ​​vand, ioner, proteiner, og andre forbindelser. Ekstracellulære signaler transduceres af receptorer gennem membranen for at udløse intracellulære processer som cellebevægelse eller differentiering. Visualiseringen af ​​sådanne begivenheder på molekylært niveau er stadig en stor udfordring, hovedsageligt på grund af den hurtige diffusion af proteinreceptorerne i plasmamembranen. Derfor, grupperne af Leif Dehmelt ved Max Planck Institute of Molecular Physiology og Yaowen Wu ved Chemicals Genomics Center i Max Planck Society, Tyskland, har udviklet en ny teknologi kaldet "Molecular Activity Painting" (MAP), som kombinerer immobilisering og lysstyret aktivering:Kunstige receptorer, der er tæt forankret på cellesubstratet, er udstyret med et designet modulært molekylært system. En lysimpuls aktiverer de modulære byggeklodser, som kan udløse lokaliserede signalkaskader, der til sidst fører til bevægelser af cytoskelettet. Denne teknologi gør den cellulære respons synlig som et strøg med en børste på membranen.

Kernen i MAP-teknologien er et opløseligt multikomponent-molekyle samlet af fire funktionelle dele:en chloralkyldel, en polymer (PEG) linker, en molekylær gruppe kaldet trimethroprim eller TMP, og en lysfølsom gruppe kaldet Nvoc. Denne "indbyggede kemiske dimerizer", som det hedder, kan udføre flere opgaver:Gennem sin chloralkyldel, det binder til en kunstig receptor, som er tæt forankret og immobiliseret på cellesubstratet. Nvoc-gruppen kan fjernes ("uncaged") med en enkelt lysimpuls. Den ikke-indkapslede TMP-del er derefter målrettet af en designet faktor til at inducere en signalkaskade i cellen. Hele systemet er rettet mod ét formål:kontrol og visualisering af molekylær funktion i levende celler.

Ved at bruge denne teknologi, forskerne inducerede en mønstret actomyosin-kontraktion inde i en levende pattedyrscelle. Eller, mere præcist, de "malede" bogstavet "N" på plasmamembranen af ​​en levende celle. "'Molecular Activity Painting' [...] muliggør switch-lignende, mønstrede forstyrrelser af regulatoriske netværk med mikrometerpræcision, " foreslår forskerne.