Biosensorer oplyser cellulære signalprocesser

Forskere ved University of California, Riverside har konverteret et naturligt forekommende fluorescerende protein fra koraller til en biosensor, der kan bruges til at overvåge det cellulære thioredoxin (Trx) system, som er et lovende mål for kræftbehandling.

Deres papir, med titlen "Overvågning af thioredoxin redox med en genetisk kodet rød fluorescerende biosensor, "blev for nylig offentliggjort i Naturens kemiske biologi . Forskerteamet omfatter Huiwang Ai, en lektor i Institut for Kemi; Yichong Fan, en kandidatstuderende i programmet Environmental Toxicology og hovedforfatter af papiret; Merna Makar, en bachelorstuderende; og Michael Wang, en gymnasieelev, der får forskningserfaring ved UCR.

Ai -laboratoriet udvikler nye værktøjer til molekylær billeddannelse til at kigge inde i celler og forstå deres kommunikations- og signalprocesser. Et af deres fokus er den rumlig-tidsmæssige organisation af redox-signalering og disruption under oxidativ stress. Redox -processer er en vigtig regulatorisk komponent i cellulær signalering hos mennesker. Reaktive iltarter (ROS), som er oxidative kemikalier, der genereres af celler som reaktion på forskellige signaler, spille en dobbelt patofysiologisk rolle:på den ene side medierer fysiologiske signaltransduktionsveje, mens det på den anden side forårsager oxidativ stress, når deres niveauer er høje. Alvorligt oxidativt stress kan føre til celleskader og død og en række forskellige sygdomme.

Thioredoxin (Trx) familieproteiner spiller kritiske roller i reguleringen af ​​cellulære redoxprocesser. Klinisk, det har vist sig, at Trx -niveauerne er forhøjede i plasmaet hos patienter med fast kræft og leukæmi, og faldt, når tumoren fjernes kirurgisk. Trx -systemet er således et valideret mål for kræftmedicin, og lægemidler, der hæmmer Trx -systemet, er nu i klinisk udvikling med tidlige lovende resultater. Ud over, Trx -systemet er blevet foreslået som et lægemiddelmål for visse bakterie- og parasitinfektioner.

Den tekniske vanskelighed ved direkte overvågning af redox -status for Trx i levende celler har i høj grad hindret undersøgelser af Trx redox -systemets roller og interaktionen mellem Trx og andre cellesignaleringskomponenter. Nu, Ai -laboratoriet har løst dette hul ved at oprette den første genetisk kodede fluorescerende biosensor, der direkte kan overvåge redoxstatus for Trx i levende pattedyrcancerceller. Kombination af proteinteknik og fluorescensbilledteknikker, sensoren, de udviklede, navngivet TrxRFP1, har med succes overvåget den opdelte redoxdynamik af Trx forårsaget af forskellige kræftlægemidler på tværs af forskellige kræftcelletyper.

Denne nye sensor låser op for nye muligheder for at forstå biologien i cellulær Trx, og desuden, til screening med høj gennemstrømning af nye molekylære modulatorer af Trx-systemet. Yichong Fan, en kandidatstuderende i Ai's laboratorium, arbejder i øjeblikket på hurtig og kvantitativ screening af sammensatte biblioteker ved hjælp af TrxRFP1 som indikator. Screeningen kan føre til identifikation af potentielle hæmmere af Trx -systemet, som kan have terapeutiske anvendelser.