Een nieuwe methode maakt gebruik van fluorescentie om mogelijk ziekteverwekkende vormen van eiwitten te detecteren wanneer ze ontrafelen door stress of mutaties. Een team van onderzoekers van Penn State en de Universiteit van Washington heeft een fluorescerende verbinding opnieuw ontworpen en een methode ontwikkeld om tegelijkertijd twee verschillende eiwitten te laten oplichten terwijl ze zich verkeerd vouwen en samenklonteren in een levende cel. het benadrukken van vormen die waarschijnlijk een rol spelen bij verschillende neurodegeneratieve ziekten, waaronder de ziekte van Alzheimer en Parkinson. Twee recente artikelen die de methode beschrijven, verschijnen online in ChemBioChem en de Tijdschrift van de American Chemical Society .

“Om goed te kunnen functioneren, eiwitten vouwen in zeer precieze structuren, maar omgevingsstress of pathogene mutaties kunnen ervoor zorgen dat eiwitten zich verkeerd vouwen en aggregeren, " zei Xin Zhang, assistent-professor scheikunde en biochemie en moleculaire biologie aan Penn State en leider van het onderzoeksteam. "Eiwitaggregatie is een proces dat uit meerdere stappen bestaat, en men gelooft dat de tussenvorm, die eerdere beeldvormingstechnieken niet konden detecteren, is verantwoordelijk voor een aantal ziekten, waaronder de ziekte van Alzheimer, Parkinson, Type 2 diabetes, en cystische fibrose. We hebben de Aggregation Tag-methode - AggTag - ontwikkeld om deze voorheen niet-detecteerbare tussenproducten - oplosbare oligomeren - te zien, evenals de uiteindelijke aggregaten in levende cellen."

Eerdere technieken om eiwitaggregatie te identificeren, gebruikten fluorescerende verbindingen die altijd verlicht waren, wat het onmogelijk maakte om correct gevouwen eiwitten te onderscheiden van de tussenvorm omdat beide diffuse fluorescentie op laag niveau veroorzaken. De AggTag-methode maakt gebruik van "turn-on fluorescentie, " dus de compound licht alleen op wanneer misfolding begint op te treden.

"Als de fluorescerende verbinding voldoende ruimte heeft om te bewegen, het draait vrij en blijft uitgeschakeld, zoals in de aanwezigheid van een goed gevouwen eiwit, " zei Yu Liu, assistent-onderzoeksprofessor scheikunde aan Penn State en de belangrijkste ontwikkelaar van de AggTag-methode. "Maar wanneer het eiwit zich verkeerd begint te vouwen en te aggregeren, de beweging van de verbinding wordt beperkt en het begint op te lichten. Diffuse fluorescentie geeft aan dat intermediaire oligomeren aanwezig zijn, terwijl kleine punten van helderdere fluorescentie aangeven dat de dichtere onoplosbare aggregaten aanwezig zijn."

Om dit onderscheid tussen vormen mogelijk te maken, het onderzoeksteam heeft de kleurveroorzakende kern van het groen fluorescerende eiwit (GFP) opnieuw ontworpen, die vaak wordt gebruikt in beeldvormende onderzoeken omdat het fluoresceert bij blootstelling aan bepaalde golflengten van licht. De opnieuw ontworpen verbinding bindt zich aan een tag, die op zijn beurt fuseert tot een eiwit dat is bedoeld voor beeldvorming.

Het onderzoeksteam gebruikte twee verschillende soorten in de handel verkrijgbare tags, Halo-tag en SNAP-tag, die bij gebruik met AggTag rode of groene fluorescentie kan induceren, respectievelijk. Omdat Halo-tags en SNAP-tags geen interactie met elkaar hebben, ze kunnen worden gebruikt om tegelijkertijd twee verschillende eiwitten met de twee kleuren in beeld te brengen. Het team heeft de tags ook zo ontworpen dat de groene en rode kleuren kunnen worden omgekeerd, onderzoekers opties geven voor toekomstige beeldvorming.

"We zijn van plan om deze methode verder te ontwikkelen, zodat we de overgang van oligomeren naar onoplosbare aggregaten kunnen signaleren met behulp van een kleurverandering, "zei Zhang. "Deze methode biedt een nieuwe toolbox om eiwitaggregatie te bestuderen, wat momenteel een veel bestudeerd onderwerp is onder wetenschappers. Hopelijk zal dit ons in staat stellen om het hele proces van eiwitaggregatie en de rol van elk van deze vormen in de progressie van neurodegeneratieve en andere ziekten beter te begrijpen."