Grønne fluorescerende proteinbaserede glukoseindikatorer til overvågning af glukosemetabolisme i realtid

En samarbejdsundersøgelse mellem Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) og University of Tokyo rapporterer om en række grønne fluorescerende proteinbaserede glukoseindikatorer, der hjælper undersøgelser af energimetabolisme i levende celler. Navngivet Green Glifons, disse indikatorer er de første af slagsen designet til at være velegnede til levende billeddannelse af pattedyrsceller og til samtidig billeddannelse sammen med andre farveindikatorer.

The Green Glifons (grønne glukoseindikerende fluorescerende proteiner), er udsøgt følsomme over for forskellige koncentrationer af glukose, en vigtig energikilde til cellevækst, spredning og overlevelse.

I deres undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Analytisk kemi , forskere, herunder Tetsuya Kitaguchi fra Tokyo Institute of Technology's Laboratory for Chemistry and Life Science, viste, at sensorerne opnåede op til en syvdobling i fluorescerende lysstyrke som reaktion på glukose.

De siger, at deres præstation udvider værktøjssættet til overvågning af glukosedynamik, gør det muligt for cellebiologer at visualisere mange molekyler i bestemte celler af interesse på samme tid. "Mange forskere vil gerne forestille sig flere molekyler i de samme celler ved hjælp af forskellige farveindikatorer for at studere deres rumlige og tidsmæssige interaktion, "Kitaguchi siger." Derfor har vi brug for sensorer, der let kan anvendes til flerfarvet billeddannelse. "

Baseret på deres akkumulerede ekspertise inden for design og udvikling af biosensorer, teamet skabte tre typer Glifons, der er i stand til at visualisere en nyttig række glukosekoncentrationer, fra hundredvis af mikromolar til snesevis af millimolære koncentrationer. Navngivet Green Glifon50, Grøn Glifon600 og Grøn Glifon4000, de tre sensorer har EC50 -værdier på 50 μM, 600 μM og 4, 000 μM henholdsvis.

Forskerne demonstrerede, at alle tre Glifons kan anvendes til at visualisere glukose i forskellige dele af cellen, såsom cytoplasma, kerne og mitokondrier i levende HeLa -celler. De bekræftede også, at deres sensorer er velegnede til billedbehandling med to farver. Test ved brug af pankreasbeta -celler fra mus afslørede, at Green Glifons let kan bruges til at visualisere glukose sammen med den røde fluorescerende calciumindikator, Rhod-2.

For at kontrollere, om Glifons er egnede til realtidsbillede af levende celler, de udførte forsøg med rundormen Caenorhabditis elegans som en dyremodel. Det lykkedes dem at observere en stigning i fluorescensintensiteten af ​​Green Glifon4000 i svælgmusklen placeret i ormens hals.

Den nuværende undersøgelse bygger på Kitaguchi og hans kollegers arbejde med mange slags biosensorer, som de farverigt har opkaldt efter fugle og mytiske dyr. "For sensorer af anden budbringere, vi besluttede at opkalde efter fugle:Flamindo og cGull. Og for sensorer af stofskifte, vi opkaldt efter kimærer:MaLion og Glifon, "forklarer Kitaguchi.

Han siger, at al den hidtidige viden har været uvurderlig for at optimere strukturen af ​​Glifons. "For eksempel, vi indså, at linkerlængde i proteinstrukturen er vigtig, da vi udviklede Flamindo, "siger han." Senere, vi fandt ud af, at aminosyresekvensen i linkeren er afgørende, når vi udviklede cGull og MaLions. "

Ser frem til, Glifons kan hjælpe med at fremme forståelsen af ​​flere kroniske og livsstilsrelaterede sygdomme, herunder diabetes og fedme, da de er relateret til glukoseubalance. Mange forskergrupper undersøger nu, hvordan kunstige sødestoffer, for eksempel, kan forstyrre glukosemetabolismen. Meget mangler at blive undersøgt, da kunstige sødestoffers sundhedseffekt er genstand for løbende debat, siger Kitaguchi.