Cellen spelen een precies spelletje telefoon, elkaar berichten sturen die verderop acties in gang zetten. Met duidelijke signalering, de cellen bereiken hun doelen. Bij ziekte, echter, de signalen vallen uiteen en resulteren in verwarde berichten en onbedoelde gevolgen. Om deze signalen te helpen ontleden en hoe ze functioneren in de gezondheid - en mis gaan bij ziekte - labelen wetenschappers eiwitten met labels die ze kunnen volgen terwijl de eiwitten interageren met de moleculaire wereld om hen heen.

De uitdaging is om uit te zoeken welke eiwitten in de eerste plaats moeten worden gelabeld. Nutsvoorzieningen, een team onder leiding van onderzoekers van de Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT) heeft een nieuwe benadering ontwikkeld voor het identificeren en labelen van de specifieke eiwitten. Ze publiceerden hun resultaten op 1 juni in Angewandte Chemie .

"We zijn geïnteresseerd in het onderzoeken van eiwitreceptoren van bepaalde koolhydraatmoleculen die betrokken zijn bij het mediëren van celsignalering, vooral in kankercellen, " zei papierauteur Kaori Sakurai, universitair hoofddocent bij de afdeling Biotechnologie en Life Science van TUAT.

De koolhydraatmoleculen, liganden genoemd, worden typisch tot expressie gebracht op het oppervlak van cellen en het is bekend dat ze dynamisch complexen vormen met eiwitreceptoren om gecompliceerde cellulaire functies te coördineren. Echter, Sakurai zei, de eiwitten die verantwoordelijk zijn voor het binden van de koolhydraten waren moeilijk te identificeren omdat ze zo zwak binden aan de moleculen.

De onderzoekers ontwierpen een nieuw type koolhydraatprobe die niet alleen aan de moleculen zou koppelen, maar bind ze stevig vast.

"We gebruikten gouden nanodeeltjes als een scaffold om zowel koolhydraatliganden als elektrofielen - een chemische stof die graag reageert met andere moleculen - op een multivalente manier te bevestigen, ' zei Sakurai. 'Deze kant op, we waren in staat om de bindingsaffiniteit en reactie-efficiëntie voor koolhydraatbindende eiwitten aanzienlijk te verhogen."

De onderzoekers pasten de ontworpen sondes toe op cellysaat, een vloeistof die de ingewanden van afgebroken cellen bevat.

"De sondes vonden snel de beoogde koolhydraatbindende eiwitten, het triggeren van de elektrofiele groepen om te reageren met elektronendonerende aminozuurresiduen op nabijgelegen eiwitten, "Zei Sakurai. "Dit resulteerde in eiwitten die stevig verknoopt waren met het oppervlak van de gouden nanodeeltjes, waardoor het gemakkelijk is om hun identiteit vervolgens te analyseren."

Het team evalueerde verschillende elektrofiele groepen om het meest efficiënte type te identificeren voor het labelen van hun doeleiwitten.

"We ontdekten dat een bepaalde elektrofiele groep, arylsulfonylfluoride genaamd, het meest geschikt is voor affiniteitslabeling van koolhydraatbindende eiwitten, " zei co-auteur Nanako Suto, een afgestudeerde student in de afdeling Biotechnologie en Life Science van TUAT. "Echter, ze zijn zelden gebruikt om doeleiwitten te identificeren, vermoedelijk omdat ze niet-selectief zouden reageren met verschillende andere, ongewenste eiwitten."

Echter, de omvang van het gebruik van arylsulfonylfluoride lijkt het probleem te verminderen.

"De niet-selectiviteit is geen probleem als arylsulfonylfluoride in zeer lage concentraties wordt gebruikt, in het bereik van de nanoschaal, " zei co-auteur Shione Kamoshita, ook een afgestudeerde student in de afdeling Biotechnologie en Life Science, TUAT.

De gouden nanodeeltjessteiger toont veel kopieën van de elektrofiele groep, die de lokale concentratie van arylsulfonylfluoride op het oppervlak van de nanodeeltjes hoog houdt, maar ze weerhoudt van het algemene celsysteem en reageert op ongewenste eiwitten. Met de hoge concentratie op nanoniveau, sommige kopieën van elektrofiele groepen kunnen efficiënt reageren met doeleiwitten.

"Door dit proces we waren in staat om zeer efficiënte en selectieve affiniteitslabeling van koolhydraatbindende eiwitten in cellysaat te bereiken, " Zei Sakurai. "We zullen de nieuwe methode toepassen bij de identificatie van verschillende kankergerelateerde koolhydraatliganden en hun functie bij de ontwikkeling van kanker onderzoeken. parallel, we willen de algemene bruikbaarheid van dit nieuwe sondeontwerp voor verschillende andere bioactieve kleine moleculen onderzoeken, zodat we de opheldering van hun mechanismen kunnen versnellen."