Een nieuwe synthetische sonde biedt een veilige en ongecompliceerde benadering voor het visualiseren van chromosoomtips in levende cellen. De sonde is ontworpen door wetenschappers van het Institute for Integrated Cell-Material Science (iCeMS) en collega's van de Universiteit van Kyoto, en zou het onderzoek naar veroudering en een breed scala aan ziekten kunnen bevorderen, waaronder kankers. De details zijn gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

"Chromosoomuiteinden lopen voortdurend het risico van degradatie en fusie, dus ze worden beschermd door structuren die telomeren worden genoemd, die zijn gemaakt van lang herhalende DNA-sequenties en gebonden eiwitten, " zegt iCeMS chemisch bioloog Hiroshi Sugiyama, die de studie leidde. "Als telomeren niet goed werken, ze zijn niet in staat om de chromosoomstabiliteit te behouden, die kunnen leiden tot ziekten zoals kanker. Ook, telomeren worden normaal gesproken korter bij elke celdeling totdat ze hun limiet bereiken, celdood veroorzaken."

telomeren visualiseren, vooral hun fysieke regelingen in realtime, is belangrijk om hun relevantie voor ziekte en veroudering te begrijpen. Er bestaan ​​al verschillende visualisatiebenaderingen, maar ze hebben nadelen. Bijvoorbeeld, sommigen kunnen telomeren alleen in bewaarde, of vast, cellen. Andere zijn tijdrovend of omvatten harde behandelingen die DNA denatureren.

Sugiyama en zijn collega's hebben deze problemen overwonnen door een synthetische pyrrool-imidazol-polyamide (PIP) -sonde te gebruiken die precies een fluorescerende verbinding kan leveren aan telomeren op de uiteinden van chromosomen.

"PIP's zijn een klasse van kleine moleculen gemaakt van pyrrool- en imidazoolmoleculen die kunnen worden voorgeprogrammeerd om te binden aan een geselecteerde DNA-sequentie, " legt Yutaro Tsubono uit, de eerste auteur van deze studie.

Het team ontwierp een PIP die zich richt op de DNA-herhalende sequentie die in telomeren wordt aangetroffen. Een fluorescerende verbinding, genaamd silicium-rhodamine, was aangesloten bij het PIP. De sonde, genaamd SiR-TTet59B, bindt aan telomeren in levende cellen. Wanneer het nabij-infraroodlicht met lage intensiteit op de cellen schijnt, het silicium-rhodamine fluoresceert, de telomeren in actie laten zien.

"Onze studie over deze programmeerbare, nabij-infraroodsonde creëert mogelijkheden om deze moleculen te gebruiken in biologische en medische toepassingen, ", zegt iCeMS-bio-ingenieur Ganesh Pandian Namasivayam.

Het team gebruikte hun sonde om de telomeerdynamiek te observeren tijdens verschillende fasen van celdeling en om de lengte van de telomeer te meten door de fluorescentie-intensiteit te meten. De lengte van telomeer kunnen visualiseren was zowel verrassend als opwindend, zegt Namasivayam, aangezien het kan worden ontwikkeld om een ​​efficiënte en robuuste aanpak te creëren voor het detecteren van ernstige telomeerverkorting bij ziekten, zoals leeftijdsgebonden netvliesdegeneratie, met energiezuinig licht.

Omdat PIP's kunnen worden ontworpen om zich op elke DNA-sequentie in het genoom te richten door hun rangschikking te veranderen, de wetenschappers verwachten dat de aanpak kan worden aangepast om nabij-infrarood fluorescerende sondes te maken voor het visualiseren van andere belangrijke DNA-sequenties die verband houden met ziekte.