Het is een uitdaging om eiwitten bij lage concentraties te analyseren, vooral voor mensen in een mengsel van verschillende conformaties, zoals intrinsiek ongeordende eiwitten (IDP's). Een onderzoeksteam onder leiding van Prof. Huang Jinqing, Assistant Professor of Department of Chemistry aan de Hong Kong University of Science and Technology (HKUST), heeft optische pincet-gekoppelde Raman-spectroscopie ontwikkeld die de structurele kenmerken van alfa-synucleïne direct kan onderzoeken, een IDP die nauw verband houdt met de ziekte van Parkinson, bij de fysiologische concentratie door te focussen op individuele eiwitmoleculen.

IDP's spelen een belangrijke rol in biologische processen en veel van hen worden in verband gebracht met ongeneeslijke neurodegeneratieve ziekten. Als een typische IDP, alpha-synucleïne mist een stabiele 3D-architectuur die bekend staat als secundaire structuren. Het ondergaat spontaan conversies van de ene secundaire structuur naar de andere, wat uiteindelijk zou kunnen resulteren in de opbouw van eiwitaggregaten die betrokken zijn bij de pathologie van de ziekte van Parkinson. Echter, de voorbijgaande soorten tijdens de conversie bezitten verschillende structuren en bestaan ​​in een lage populatie in een dynamisch evenwichtsmengsel. Daarom, hun structurele kenmerken zijn meestal begraven onder de detectieresultaten van traditionele meettechnieken, die het gemiddelde nemen van de gedetecteerde signalen van grote monsterhoeveelheden en een lange detectietijd.

In de studie, Prof. Huang en haar medewerkers integreren optische pincetten en oppervlakteversterkte Raman-spectroscopie (SERS) in een nieuw platform om afstembare en reproduceerbare SERS-verbeteringen te genereren met gevoeligheid op enkel molecuulniveau in waterige omgevingen, om deze ontheemden te karakteriseren met behoud van hun intrinsieke heterogeniteit met grote biologische betekenis. specifiek, een hotspot kan worden gevisualiseerd en gecontroleerd door een optisch pincet om eiwitten door te laten gaan in een microfluïdische stroomkamer, wat het handig maakt om de meetparameters in realtime aan te passen voor de in situ spectroscopische karakteriseringen. Het identificeert direct de structurele kenmerken van de voorbijgaande soort alfa-synucleïne onder de overheersende monomeren bij een fysiologische concentratie van 1 M door het ensemble te verminderen, gemiddeld in hoeveelheid en in tijd, het verstrekken van diepgaand inzicht om de initiatie van amyloïde eiwitaggregatie te begrijpen. Vandaar, dit SERS-platform heeft een groot potentieel om de structurele informatie van ontheemden in de dynamische, heterogeen, en complexe biologische systemen.

"Onze strategie maakt nauwkeurige controle mogelijk van de hotspot tussen twee opgesloten micrometer-formaat zilveren nanodeeltjes-gecoate silicaparels om de SERS-efficiëntie en reproduceerbaarheid in waterige detecties te verbeteren. Behalve de afstembare SERS-verbetering, de geïntegreerde optische pincet biedt ook sub-nanometer ruimtelijke resolutie en sub-piconewton krachtgevoeligheid om licht-materie-interacties in de plasmonische hotspot te volgen voor extra fysiek inzicht. Belangrijker, onze methode opent een nieuwe deur om de voorbijgaande soorten IDP's in verdunde oplossingen te karakteriseren, wat een belangrijke uitdaging blijft in de biofysica-gemeenschap. uiteindelijk, het zal spannend zijn om de precieze krachtmanipulatie van het geïntegreerde optische pincet volledig te benutten om een ​​enkel eiwit in de controleerbare hotspot te ontvouwen en de structurele dynamiek ervan op te lossen van de endogene moleculaire trillingen door de geïntegreerde Raman-spectroscopie, " zei prof. Huang.

De studie is onlangs gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Natuurcommunicatie .