Nær-infrarød sonde afkoder telomerdynamik

En ny syntetisk sonde tilbyder en sikker og ligetil tilgang til visualisering af kromosomspidser i levende celler. Sonden blev designet af forskere ved Institute for Integrated Cell-Material Science (iCeMS) og kolleger ved Kyoto University, og kunne fremme forskning i aldring og en lang række sygdomme, herunder kræft. Detaljerne blev offentliggjort i Journal of the American Chemical Society .

"Kromosomender er konstant i fare for nedbrydning og fusion, så de er beskyttet af strukturer kaldet telomerer, som er lavet af lange gentagne DNA -sekvenser og bundne proteiner, "siger iCeMS kemiske biolog Hiroshi Sugiyama, der ledede undersøgelsen. "Hvis telomerer ikke fungerer korrekt, de er ude af stand til at opretholde kromosomstabilitet, som kan føre til sygdomme som kræft. Også, telomerer forkortes normalt med hver celledeling, indtil de når deres grænse, forårsager celledød. "

Visualisering af telomerer, især deres fysiske arrangementer i realtid, er vigtig for at forstå deres relevans for sygdom og aldring. Der findes allerede flere visualiseringsmetoder, men de har ulemper. For eksempel, nogle kan kun observere telomerer i bevarede, eller fast, celler. Andre er tidskrævende eller involverer hårde behandlinger, der denaturerer DNA.

Sugiyama og hans kolleger overvandt disse problemer ved at bruge en syntetisk pyrrol-imidazol-polyamid (PIP) -probe, der præcist kan levere en fluorescerende forbindelse til telomerer på kromosomspidserne.

"PIP'er er en klasse af små molekyler fremstillet af pyrrol- og imidazolmolekyler, der kan forprogrammeres til at binde til en udvalgt DNA-sekvens, "forklarer Yutaro Tsubono, den første forfatter til denne undersøgelse.

Teamet designede et PIP, der er målrettet mod den gentagne DNA -sekvens, der findes i telomerer. En fluorescerende forbindelse, kaldet silicium-rhodamin, blev knyttet til PIP. Sonden, kaldet SiR-TTet59B, binder sig til telomerer i levende celler. Når det nærintrale infrarøde lys med lav intensitet lyser på cellerne, silicium-rhodamin fluorescerer, viser telomerer i aktion.

"Vores undersøgelse af dette programmerbare, nær-infrarød sonde skaber muligheder for at bruge disse molekyler i biologiske og medicinske applikationer, "siger iCeMS bioingeniør Ganesh Pandian Namasivayam.

Holdet brugte deres sonde til at observere telomerdynamik i forskellige faser af celledeling og til at måle telomerlængde ved at måle fluorescensintensiteten. At kunne visualisere telomerlængden var både overraskende og spændende, siger Namasivayam, da den kan udvikles til at skabe en effektiv og robust tilgang til påvisning af alvorlig telomerforkortelse i sygdomme, såsom aldersrelateret retinal degeneration, med lavenergilys.

Da PIP'er kan designes til at målrette enhver DNA -sekvens i genomet ved at ændre deres arrangement, forskerne forventer, at tilgangen kan tilpasses til at lave nær-infrarøde fluorescerende sonder til visualisering af andre vigtige DNA-sekvenser relateret til sygdom.