Sporing af proteinpatruljere

En nanoprobe udviklet af biofysikere ved NC State kunne give forskere mulighed for at spore bevægelserne af forskellige proteiner langs DNA - uden ulemperne ved de nuværende metoder.

Et væld af proteiner patruljerer din DNA-helix som betjente på et beat. Disse proteiner har individuelle funktioner, herunder at identificere beskadigede områder på DNA-strengen og igangsætte reparationer. For at studere disse proteiner, forskere sætter almindeligvis nanosonder til dem. Sonderne fluorescerer under visse typer lys, gør det muligt at spore deres bevægelser.

Problemet? Ifølge biofysiker Shuang Lim, "Vi ved, at DNA er spiralformet – det er en spiral. Når vi observerer disse proteiner, der bevæger sig langs strengen, vi burde være i stand til at se, om de bevæger sig rundt i DNA'et såvel som langs det. Desværre, den teknologi, vi har nu, tillader os ikke rigtig det.

"De mest almindelige sonder lige nu er kvanteprikker og guld nanorods, " Lim fortsætter. "Kvanteprikker blinker, hvilket gør det svært at afgøre, hvor de er, eller hvad de kan foretage sig på et givet tidspunkt. Forestil dig at prøve at se en film, men med tilfældige mørke rammer, der dukker op, mens du ser. Du kan ikke få det komplette billede. Guld nanorods, på den anden side, har tendens til at vakle. Slingren påvirker også vores evne til at få en præcis idé om, hvor disse proteiner er, og hvordan de kan interagere med DNA-strengen."

Lim, sammen med kandidatstuderende Kory Green og tidligere postdoc Janina Wirth, udviklet en nanosonde, der løser disse problemer. Deres sonde - en nanoplasmonisk opkonverterende nanopartikel - ændrer fluorescerende intensitet baseret på dens orientering.

"Disse partikler er skiveformede. Når de ligger fladt, de er lyse, og når de er på kanten, de er mørke, " siger Green. "De blinker ikke, og de vakler ikke, så det er meget nemmere at få nøjagtige mål fra dem."

"En anden fordel er, at de bliver ophidsede af – eller dukker op, når de udsættes for infrarødt lys, " siger Lim. "Mange af kvanteprikproberne bruger materiale, der er exciteret af blåt, eller ultraviolet (UV) lys. UV-eksponering beskadiger de prøver, som vi ønsker at undersøge. Men det gør infrarødt lys ikke."

Lim, Green og Wirth udførte en proof-of-concept-undersøgelse med deres sonde ved at observere den på et fladt substrat og i en saccharoseopløsning, for at se, om de nøjagtigt kunne registrere, hvordan nanosonden bevægede sig. De foreløbige resultater var lovende, så Lim og holdet bevæger sig mod deres næste skridt, som omfatter test af sonden på et DNA-patruljerende protein.

"Alle disse proteiner gør forskellige ting for vores DNA, men vi ved ikke præcis, hvad de laver, " siger Lim. "Vi håber at bruge denne sonde til at bygge et bibliotek, der karakteriserer alle disse proteiner, så vi kan bestemme deres funktion."