Inleiding:

Eiwitten zijn essentiële moleculen die een cruciale rol spelen in verschillende biologische processen in cellen. Hun vorm en flexibiliteit zijn cruciaal voor hun functie, en inzicht in hoe eiwitten in cellen van vorm veranderen, kan waardevolle inzichten opleveren in cellulaire mechanismen en ziekteontwikkeling. Het in realtime bestuderen van de eiwitdynamiek is echter een grote uitdaging voor wetenschappers. Onlangs hebben onderzoekers een krachtige nieuwe techniek ontwikkeld die gedetailleerd onderzoek mogelijk maakt van eiwitconformatieveranderingen in levende cellen.

De techniek:superresolutiemicroscopie met fotoactiveerbare sondes

De techniek combineert superresolutiemicroscopie met fotoactiveerbare sondes om de vormfluctuaties van eiwitten met een ongekende resolutie te visualiseren en te volgen. Superresolutiemicroscopietechnieken, zoals fotogeactiveerde lokalisatiemicroscopie (PALM) en stochastische optische reconstructiemicroscopie (STORM), maken de visualisatie van cellulaire structuren met resolutie op nanoschaal mogelijk, waarmee de beperkingen van conventionele optische microscopie ver worden overtroffen.

Fotoactiveerbare probes zijn moleculen die door licht kunnen worden geactiveerd om fluorescentie uit te zenden. Door fotoactiveerbare probes in interessante eiwitten op te nemen, kunnen onderzoekers selectief specifieke eiwitten in levende cellen labelen en volgen. In combinatie met superresolutiemicroscopie stelt deze aanpak wetenschappers in staat eiwitconformatieveranderingen in realtime te visualiseren en vast te leggen, met ruimtelijke en temporele precisie.

Toepassingen en inzichten:

De nieuwe techniek heeft spannende wegen geopend voor het bestuderen van de eiwitdynamiek en heeft al waardevolle inzichten opgeleverd in verschillende cellulaire processen. Hier zijn een paar voorbeelden van de toepassingen ervan:

1. Eiwitvouwing en conformationele veranderingen:

Door individuele eiwitmoleculen te labelen, kunnen onderzoekers direct observeren hoe eiwitten zich in hun functionele vormen vouwen en dynamische conformationele veranderingen ondergaan. Deze informatie is cruciaal voor het begrijpen van de eiwitfunctie en -disfunctie, vooral in de context van ziekten zoals stoornissen in het verkeerd vouwen van eiwitten.

2. Eiwit-eiwitinteracties:

De techniek maakt de detectie en visualisatie van eiwit-eiwitinteracties in levende cellen mogelijk. Door verschillende eiwitten te taggen met fotoactiveerbare probes kunnen wetenschappers hun interacties, nabijheid en dynamiek monitoren, waardoor ze inzicht krijgen in de vorming van eiwitcomplexen en signaalroutes.

3. Membraaneiwitstudies:

Membraaneiwitten zijn een uitdaging om te bestuderen vanwege hun hydrofobe aard. De nieuwe techniek maakt de visualisatie en tracking van de membraaneiwitdynamiek mogelijk, waardoor licht wordt geworpen op hun conformationele veranderingen die betrokken zijn bij cellulaire processen zoals ionentransport, signalering en membraantransport.

4. Mobiele processen in realtime:

Het vermogen om conformationele veranderingen in eiwitten in realtime waar te nemen, heeft onderzoekers in staat gesteld cellulaire processen met ongekend detail te bestuderen. Wetenschappers kunnen nu bijvoorbeeld de eiwitdynamiek visualiseren en volgen tijdens celdeling, celsignalering en andere fundamentele biologische gebeurtenissen.

Conclusie:

De ontwikkeling van een krachtige nieuwe techniek die superresolutiemicroscopie combineert met fotoactiveerbare probes heeft een revolutie teweeggebracht in de studie van de eiwitdynamiek in levende cellen. Door conformationele veranderingen in eiwitten op nanoschaal en in realtime te visualiseren en te volgen, kunnen onderzoekers diepgaande inzichten verwerven in de moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan cellulaire processen. Deze techniek is veelbelovend voor het bevorderen van ons begrip van de eiwitfunctie, de cellulaire biologie en de ontwikkeling van ziekten, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor de ontdekking van nieuwe therapeutische doelen en interventies.