De vouwtoestand van de eiwitten in levende cellen weerspiegelt vaak de algemene gezondheid van de cel. Australische wetenschappers hebben een moleculaire sonde ontwikkeld die de toestand van het proteoom - de hele set eiwitten - detecteert door de polariteit van de eiwitomgeving te meten. Het fluorescentiesignaal van de sonde kwantificeert het ontvouwen en de kameleonachtige kleurverschuiving brengt de cellulaire regio's van verbeterde misvouwing in kaart, zegt de studie gepubliceerd in het tijdschrift Angewandte Chemie .

Als levende cellen gestrest zijn, eiwitsynthese en vouwcorrectiemechanismen zijn uit balans. Verkeerd gevouwen eiwitten blijven vastzitten, versterkte degradatie optreedt, en inactieve eiwitten en eiwitresten aggregeren om korrels en condensaten in het cytoplasma te vormen. Dergelijke aggregaten spelen een belangrijke rol bij neurodegeneratieve ziekten en kanker. Een drijvende factor voor de aggregatie van verkeerd gevouwen eiwitten lijkt de polariteit te zijn - de elektronische distributie in een omgeving. Yuning Hong en collega's van La Trobe University Melbourne en The University of Melbourne, Australië, hebben een twee-modale fluorogene sonde ontworpen om eiwitaggregatie in meer detail te volgen.

In één modus, de sonde detecteert verkeerd gevouwen eiwitten. Correct gevouwen eiwitten worden vaak gestabiliseerd door bruggen gemaakt van het aminozuur cysteïne. Deze bruggen zijn meestal diep begraven, terwijl verkeerd gevouwen eiwitten de cysteïneresten aan het oppervlak blootleggen. Wanneer de sonde bindt aan cysteïne dat wordt blootgesteld door een verkeerd gevouwen eiwitketen, fluorescentie is ingeschakeld, de auteurs uitleggen.

In de andere modus, de sonde beoordeelt de polariteit. Polaire omgevingen wijzen op een onevenwichtige elektronische distributie, die kan worden gemeten door de diëlektrische constante. Om deze parameter te meten, de onderzoekers voegden een elektronische "push-pull" chemische groep toe aan de fluorogene sonde. Ze constateerden dat, in polaire oplossingen met een hoge diëlektrische constante, de fluorogene sonde genaamd NTPAN-MI straalde zijn fluorescentiesignaal uit met een kleurverschuiving. Deze "kameleonachtige" kleurverandering duidt dus op een polariteitsverandering.

De auteurs testten de NTPAN-MI-sonde op een menselijke cellijn, die ze benadrukten door medicijnen toe te voegen die de eiwitsynthese en -vouwing verstoorden. De wetenschappers observeerden normale fluorescentie in onbehandelde cellen, maar heldere fluorescentie wanneer ongevouwen of verkeerd gevouwen eiwitten zich ophopen in cellen die zijn behandeld met toxines of zijn geïnfecteerd met een virus. In aanvulling, de kleurverschuiving signaleerde de polariteit van de omgeving en dus de proteoomtoestand van elk cellulair compartiment. De onderzoekers meldden dat ze voor het eerst de "ongevouwen eiwitlading" in de kern visualiseerden. Eerdere methoden konden alleen ongevouwen eiwitten in het cytoplasma meten.

Met zijn twee detectiemodi - het meten van ontvouwen en de polariteit van de eiwitomgeving - geeft de NTPAN-MI-sonde een scherper beeld van de stressreacties van levende cellen dan wat kan worden verkregen met slechts één modale sondes of verschillende methoden. De auteurs wijzen erop dat hun methode wetenschappers in staat zou stellen nauwkeurigere kennis te verkrijgen van de overspraak van de cellulaire componenten als reactie op stress.