Proteinmolekyler i celler fungerer som miniatureantenner

Forskere ledet af Josef Lazar fra Institut for Organisk Kemi og Biokemi ved Det Tjekkiske Videnskabsakademi (IOCB Prag) har vist, at molekyler af fluorescerende proteiner fungerer som antenner med optiske egenskaber (dvs. evnen til at absorbere og udsende lys) afhængig af deres rumlige orientering. Først opdaget i vandmænd, fluorescerende proteiner er i dag meget udbredt i undersøgelser af molekylære processer i levende celler og organismer. De nyligt beskrevne egenskaber ved disse molekyler finder anvendelser inden for grundlæggende biologisk forskning såvel som i ny lægemiddelfund. Et team af forskere fra IOCB Prag, instituttet for mikrobiologi, og Institute of Molecular Genetics fra det tjekkiske videnskabsakademi har offentliggjort resultaterne i tidsskriftet Procedurer fra National Academy of Sciences .

For at opnå disse resultater, forskerne producerede tilstrækkelige mængder fluorescerende proteiner ved hjælp af genetisk modificerede bakterier, identificerede de betingelser, hvorunder proteiner danner krystaller, og bestemte atomernes struktur af krystallerne. Ved at anvende et unikt mikroskop udviklet inden for gruppen, de målte derefter, hvordan disse krystaller absorberer og udsender lys, og ud fra dataene beregnede de de enkelte molekylers retningsegenskaber. Dette gav dem mulighed for at kontrollere, at de fluorescerende proteinmolekyler ikke opfører sig som små selvlysende prikker, som de ofte fejlagtigt antages, men snarere som miniatureantenner. Ligesom antenner til radio, Trådløst internet, og tv -transmission, disse molekyler absorberer kun lys fra bestemte retninger. Ligeledes, de udsender kun lys i bestemte retninger. Det lykkedes også forskerne at præcist etablere disse retninger.

Man havde antaget muligheden for, at fluorescerende proteinmolekyler opfører sig som antenner, der er i stand til at absorbere eksternt lys, men det har længe vist sig svært at bekræfte, og det begrænsede dets applikationer. Hindringerne er blevet overvundet af Josef Lazar fra IOCB Prag og hans team, som har specialiseret sig i udvikling og brug af avancerede optiske mikroskopimetoder.

"Baseret på resultaterne fra andre laboratorier og vores egne, vi mistanke om, at fluorescerende proteinmolekyler sandsynligvis opførte sig som antenner. Ikke desto mindre, vi var overraskede over at se, hvor sand denne analogi er, og hvor præcist vi var i stand til at fastslå de retninger, hvorfra disse molekyler absorberer lys og udsender det, ”siger Josef Lazar.

Det faktum, at fluorescerende proteinmolekyler fungerer som miniatureantenner, er ikke kun interessant som en nysgerrighed i fysikken - det kan også have vigtige praktiske anvendelser. Vedhæftning af et fluorescerende protein til et andet protein af interesse betyder vedhæftning af en miniatureantenne til det, som derefter kan bruges til at etablere, i detaljer, ændringer i formen af ​​molekylerne af proteinet af interesse, direkte i en levende celle. Sådanne ændringer i molekylær form kan induceres af et lægemiddel, for eksempel. Den foreliggende opdagelse vil således finde anvendelser i undersøgelsen af ​​vigtige fysiologiske processer på molekylært niveau såvel som i ny lægemiddelopdagelse.

"Betydningen af ​​vores fund ligger i det faktum, at selvom fluorescerende proteinmolekyler er meget udbredt i biologisk forskning, deres evne til at opføre sig som antenner er ikke fuldt ud værdsat endnu, det bliver heller ikke rigtig taget i brug. Kendskab til fluorescerende proteiners retningsegenskaber kan føre til nye måder at bruge disse nyttige molekyler på, "forklarer Lazar.

I samarbejde med andre grupper på IOCB Prag, Lazars team forsøger allerede at anvende de foreliggende fund i, for eksempel, undersøgelsen af ​​insulinets fysiologiske virkninger og udviklingen af ​​insulinerstatninger til peroral brug. Et andet eksempel på en mulig anvendelse af den foreliggende opdagelse er sporing af elektriske signaler i nerveceller, hvilket kunne vise sig gavnligt i undersøgelsen af ​​hjernen og neurologiske sygdomme.