Een gezamenlijke studie tussen het Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) en de Universiteit van Tokyo rapporteert een reeks op groen fluorescerende eiwitten gebaseerde glucose-indicatoren die het onderzoek naar het energiemetabolisme in levende cellen zullen helpen. Genoemd Groene Glifons, deze indicatoren zijn de eerste in hun soort die zijn ontworpen om geschikt te zijn voor live-beeldvorming van zoogdiercellen en voor gelijktijdige beeldvorming naast andere kleurindicatoren.

The Green Glifons (groene glucose-indicerende fluorescerende eiwitten), zijn buitengewoon gevoelig voor verschillende glucoseconcentraties, een essentiële energiebron voor celgroei, proliferatie en overleving.

In hun studie gepubliceerd in het tijdschrift Analytische scheikunde , onderzoekers, waaronder Tetsuya Kitaguchi van het Tokyo Institute of Technology's Laboratory for Chemistry and Life Science, toonden aan dat de sensoren tot een zevenvoudige toename van de fluorescerende helderheid bereikten als reactie op glucose.

Ze zeggen dat hun prestatie de toolkit voor het monitoren van glucosedynamiek uitbreidt, waardoor celbiologen veel moleculen in bepaalde interessante cellen tegelijkertijd kunnen visualiseren. "Veel wetenschappers zouden graag meerdere moleculen in dezelfde cellen in beeld willen brengen met verschillende kleurindicatoren om hun ruimtelijke en temporele interactie te bestuderen, " zegt Kitaguchi. "Daarom hebben we sensoren nodig die gemakkelijk kunnen worden toegepast op veelkleurige beeldvorming."

Op basis van hun opgebouwde expertise in het ontwerp en de ontwikkeling van biosensoren, het team creëerde drie soorten Glifons die in staat zijn om een ​​bruikbare reeks glucoseconcentraties te visualiseren, van honderden micromolaire tot tientallen millimolaire concentraties. Genoemd Groene Glifon50, Groene Glifon600 en Groene Glifon4000, de drie sensoren hebben EC50-waarden van 50 M, 600 M en 4, 000 M respectievelijk.

De onderzoekers toonden aan dat alle drie de Glifons kunnen worden toegepast om glucose in verschillende delen van de cel te visualiseren, zoals het cytoplasma, kern en mitochondriën van levende HeLa-cellen. Ze bevestigden ook dat hun sensoren geschikt zijn voor tweekleurige beeldvorming. Tests met bètacellen van de alvleesklier van muizen onthulden dat groene glifons gemakkelijk kunnen worden gebruikt om glucose te visualiseren naast de rode fluorescerende calciumindicator, Rhod-2.

Om te controleren of Glifons geschikt zijn voor real-time live cell imaging, ze voerden experimenten uit met de rondworm Caenorhabditis elegans als diermodel. Ze slaagden erin een toename van de fluorescentie-intensiteit van Green Glifon4000 waar te nemen in de keelspier in de keel van de worm.

De huidige studie bouwt voort op het werk van Kitaguchi en zijn collega's aan vele soorten biosensoren, die ze kleurrijk hebben vernoemd naar vogels en mythische beesten. "Voor sensoren van tweede boodschappers, we besloten om vogels te noemen:Flamindo en cGull. En voor sensoren van het metabolisme, we vernoemden naar hersenschim:MaLion en Glifon, " legt Kitaguchi uit.

Hij zegt dat alle kennis die tot nu toe is opgedaan van onschatbare waarde is geweest voor het optimaliseren van de structuur van Glifons. "Bijvoorbeeld, we realiseerden ons dat de lengte van de linker in de eiwitstructuur belangrijk is toen we Flamindo ontwikkelden, "zegt hij. "Later, we ontdekten dat de aminozuursequentie in de linker cruciaal is toen we cGull en MaLions ontwikkelden."

Vooruit kijken, Glifons zou kunnen bijdragen tot een beter begrip van verschillende chronische en levensstijlgerelateerde ziekten, waaronder diabetes en obesitas, omdat ze verband houden met glucose-onbalans. Veel onderzoeksgroepen onderzoeken nu hoe kunstmatige zoetstoffen, bijvoorbeeld, glucosemetabolisme kan verstoren. Er moet nog veel worden onderzocht, aangezien het gezondheidseffect van kunstmatige zoetstoffen een onderwerp van voortdurende discussie is, zegt Kitaguchi.