Åbning af nye døre:Første syntetiske mekanofølsomme kaliumkanal

Forbløffet af egenskaberne af ionkanalproteiner, der almindeligvis observeres i celler, har Tokyo Tech-forskere udviklet den første syntetiske mekanofølsomme kaliumkanal ved hjælp af en nyudviklet aromatisk fluoreret amfifil cyclofan. Udviser både "stimuli-responsivitet" og "selektiv iontransport" evner, deres nye ionkanal kan åbne nye døre for fremtidig terapeutisk og industriel brug af syntetiske mekanosensitive kanaler.

Naturen inspirerer menneskeheden på et utal af måder. Tag for eksempel "stimuli-responsive" iontransportkanalproteiner. Disse proteiner findes indlejret i cellemembraner og reagerer på en række eksterne stimuli, herunder lys, pH og mekanisk kraft. På grund af deres afgørende rolle i flere biologiske processer har forskere forsøgt at syntetisere de kunstige versioner af disse kanalproteiner til brug i terapeutiske og industrielle omgivelser. Men succes med at syntetisere dem har været uhåndgribelig. De komplekse strukturelle krav til stimulirespons og specifikke iontransportegenskaber er blevet identificeret som den største hindring i deres syntese.

For at overvinde disse vanskeligheder har forskere fra Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), ledet af adjunkt Kohei Sato og fuld professor Kazushi Kinbara, for nylig udviklet den første syntetiske mekanosensitive (reagerende på mekanisk kraft) kanal med kaliumionselektivitet. Deres resultater er offentliggjort i Journal of the American Chemical Society .

Taler om undersøgelsen, Assist. Prof. Sato og Prof. Kinbara, tilknyttet School of Life Science and Technology ved Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), siger:"Med vores erfaring med at designe multiblok-amfifiler, som selv samler sig for at danne supramolekylære ionkanaler, antog vi, at lineære amfifiler var ikke egnede til at transportere specifikke ioner; derfor forsøgte vi strukturelle modifikationer for at inkorporere både stimuli-responsivitet og ionselektivitet."

Forskerne justerede strukturen af ​​et komplekst organisk molekyle kendt som en multiblok amfifil for at inkorporere en perfluoreret aromatisk enhed. Den resulterende struktur, en fluoreret amfifil cyclofan, indeholdt hydrofobe perfluorerede oligo(phenylen-ethynylen)-enheder og hydrofile octa(ethylenglycol)-linkere. Forskerne designet også en delvist fluoreret og en ikke-fluoreret amfifil cyclofan til at undersøge virkningen af ​​aromatisk fluorering.

Mikroskopi afslørede, at både den perfluorerede cyclofan, kaldet C_FF, og den delvist fluorerede cyclofan, kaldet C_FH , kunne blive inkorporeret i lipid-dobbeltlagsmembranen, mens den ikke-fluorerede cyclofan ikke kunne. Forskerne analyserede derefter iontransportegenskaben, stimuli-responsiviteten og kaliumionselektiviteten af ​​C_FF og C_FH ved hjælp af konduktansmålinger, fluorescensassays og beregningsstudier. De identificerede, at både C_FF og C_FH selvsamlet i dobbeltlagsmembranen for at danne supramolekylære ionkanaler. Ydermere bekræftede strømmen af ​​strøm over membranen den transmembrane iontransportegenskab for både C_FF og C_FH , mere effektiv og udtalt i C_FF .

Ændringer i strømstrømmen ved påføring af membranspænding bekræftede yderligere stimuli-reaktionsevnen af ​​kanalerne dannet af C_FF og C_FH . Iontransportegenskaben for C_FF var påvirket væsentligt, mens det ikke ændrede meget for C_FH . Hjælpe. Prof. Sato, Prof. Kinbara og deres team tilskriver disse variationer den differentielle interaktion mellem de aromatiske enheder af C_FH og C_FF inden i membranen.

Endelig afslørede fluorescensassay den højeste permeabilitet af C_FF for kaliumioner sammenlignet med andre alkalimetalkationer. Holdet fandt ud af, at den højere affinitet af kaliumioner til fluoratomerne i strukturens kerne var ansvarlig for dette fænomen.

Kommenterer disse resultater, Assist. Prof. Sato og Prof. Kinbara siger:"Det faktum, at en supramolekylær ionkanal dannet af C_FF besidder en sådan stimuli-responsivitet, og kaliumion-selektivitet er ikke kun spændende, men ligner også påfaldende de mekanofølsomme kanaler, der findes i pattedyrneuroner."

Med denne demonstration er muligheder såsom udvikling af terapier for ionkanalrelaterede sygdomme, manipulation af vigtige biologiske processer og udvikling af industrielle materialerensningsteknologier allerede i sigte. + Udforsk yderligere

Dobbelt glæde:Ny syntetisk transmembran ionkanal kan aktiveres på to måder