Фотоактивті зондтар - Photoactivatable probes

Фотоактивтеу - бұл ұялы ойыншыларды арнайы белсендіру үшін биологиялық зерттеулерде қолданылатын әдіс (белоктар, нуклеин қышқылдары, шағын молекулалар ) жасушалардағы процестерді зерттеу мақсатында жарық сәулесімен. Фотоактивті агент әкелу (мысалы, жарыққа жауап беретін топпен модификацияланған шағын молекула, белоктар жасанды фоторецепторлық ақуыз ) жасушаларға, мата немесе тіпті тірі жануарларды жарықтандырумен басқарады [1]

Фотоактивация принципі

Эксперименттің бұл түрлері үшін жарық өте қолайлы сыртқы қоздырғыш болып табылады, өйткені ол инвазивті емес және қалыпты жасушалық процестерге әсер етпейді (спектрдің ультра күлгін бөлігінде жарықты қолданудан сақ болу керек ДНҚ зақымдануы. Сонымен қатар, жарық кеңістікті және уақытты басқаруды ұсынады. Әдетте, активтендіруді ынталандыру а лазер немесе а Ультрафиолет шамы және әсерді бақылау үшін қолданылатын бірдей микроскопқа енгізуге болады. Барлық осы артықшылықтар әр түрлі фотоактивті зондтардың алуан түрлілігінің дамуына әкелді.

Жарық индукциясының қадамы әдетте қайтымсыз болса да, қайтымды өзгерістер бірнеше фотосуреттер, мұнда егжей-тегжейлі талқыланбайды.

Тарих

Биологиялық зерттеулер үшін фотоқорғалған аналогтардың алғашқы қолданылуы «торлы» синтез және қолдану болды. ATP Хоффманның 1978 ж[2] оның зерттеуінде Na: K сорғылары. Бүгінгі күнге дейін ATP әлі де ең көп қолданылатын торлы қосылыс болып табылады. Гофман осы модификацияланған молекулалардың түріне арналған «торлы қосылыс» терминін шығарған. Бұл номенклатура ғылыми тұрғыдан дұрыс болмаса да, сақтала берді. Бұл физикалық тордағы молекуланың бейнесін ұсынады (а. Сияқты) Фуллерен ), сондықтан ғалымдар жаңа, дәлірек «фотоактивативті зондтар» терминін енгізуге тырысты. Қазіргі уақытта екі номенклатура да қолданылуда. Кішкентай молекулаларды протеиндер сияқты үлкен құрылымдармен салыстырғанда фотоэлементті топтармен өзгерту оңайырақ. Ірі жаңалықтар келесі жылдары жасушалармен жасалды нейротрансмиттерлер сияқты глутамат, ол функционалды карта жасау үшін қолданылады нейрондық тізбектер жылы сүтқоректілер ми тілімдері.[3]Фотоактивтелетін ақуыздар серпінді түрде кейінірек байқалды (2002 ж.) Каеде ақуызы, күн сәулесінің әсерінен орындықта қалғанда өзгерді флуоресценция ұзын толқын ұзындығына дейін. (кең шолу үшін келіңіз:[4])

Фотоактивтелетін ақуыздар

Ақуыздар жарыққа әсер ететін және сезетін реакциялар бастапқыда оқшауланған фоторецепторлар жылы балдырлар, маржандар және басқа теңіз организмдері. Қазіргі кездегі ғылымда ең жиі қолданылатын екі фотоактивтелетін ақуыз фотоактивті флуоресцентті ақуыздар және ретинилиден ақуыздары. Фотоактивті флуоресцентті ақуыздар ультрафиолет сәулесімен жарықтандыру кезінде толқын ұзындығының ұзындығына өзгереді. Каеде бұл өзгерісті His62-Tyr63-Gly64 хромофор трипептидінің бөлшектенуі тудырады.[5] Бұл жаңалық қазіргі заманға жол ашты супер ажыратымдылықтағы микроскопия сияқты техникалар Пальма немесе БОРАН. Ретинилиден ақуыздары сияқты Channelrhodopsins немесе Галорходопсиндер жарық сезгіш катион және хлорлы каналдар сәйкесінше көк және сары шамдармен жарықтандыру кезінде ашылады. Бұл қағидаттың қызметін бақылау үшін сәтті қолданылды нейрондар тірі жасушаларда, тіпті тіндерде және жаңа ғылыми өрісті тудырды, оптогенетика.

Фотоактивтелетін нуклеин қышқылдары

Нуклеин қышқылдары ұялы ақпаратты сақтау және маңызды рөлдерді ойнайды гендердің реттелуі техника. Бұл техниканы жарықпен реттеу мақсатында, ДНҚ және РНҚ магистральда фотоклевизиялық топтармен модификацияланған («статистикалық магистральды қаптама» деп аталатын тәсілмен қорғаныс топтары негізінен магистральды фосфат топтарымен әрекеттеседі). Организмде модификацияланған нуклеин қышқылдары «үнсіз» болады және тек жарықпен сәулеленгенде ғана олардың белсенділігін қосуға болады.[6] Бұл тәсіл қолдануды табады даму биологиясы, мұнда гендер белсенділігінің хронологиясы ерекше қызығушылық тудырады. Қазір бүкіл организмдердің дамуы кезінде қызығушылық гендерін өте дәл қосуға болады.[7]

Фотоактивті шағын молекулалар

Шағын молекулалар химиялық синтез арқылы оңай өзгертіледі, сондықтан алғашқылардың бірі болып өзгертіліп биологиялық зерттеулерде қолданылды. Осы уақытқа дейін торлы ұсақ молекулалардың алуан түрлілігі бар, сондықтан мұнда тек кішкене өкілдік бөлім талқыланатын болады. Эффекторларды жарықпен белсенді етудің барлық артықшылықтары (дәл басқару, жылдам жауап беру, жоғары спецификация, айқаспалы реакциялар жоқ). нейротрансмиттерлер.

Торлы нейротрансмиттерлер

Торлы дофамин, серотонин, глицин және GABA синтезделіп, олардың нейрондық белсенділікке әсері жан-жақты зерттелген.[8]

Торлы иондар

Тек қана емес аминқышқылдары, бірақ және иондар торға салынуы мүмкін. Бастап кальций қуатты ұялы болып табылады екінші хабаршы, ионды ұстау қасиеттерін қолдану арқылы торлы варианттар синтезделді EDTA. EDTA омыртқасының жарықтан туындаған бөлінуі жасуша ішіндегі бос кальций толқынына әкеледі.[9]

Торлы гормондар

Ұяшықтағы сигналдарды беру үшін қолданылатын тағы бір молекулалар класы гормондар. Кафеталы туындылары эстрадиол итермелейтіні көрсетілген ген экспрессиясы зерттеу кезінде басқа торлы гормондар қолданылды рецепторлиганд өзара әрекеттесу.[10]

Торлы липидтер

Ұзақ уақыт бойы липидтер тек жасушалық мембрананың құрылыс материалы деп ойлағанымен, енді олардың кейбіреулері белгілі бір функцияға ие екендігі белгілі болды сигнал беру Липидтердің белгілі бір жолдардағы рөлдерін бөлу үшін сигналдық липидтің концентрациясын өте тез арттырған тиімді. Сондықтан көптеген сигналдық липидтер фоторемативті қорғаныс топтарымен қорғалған және олардың ұялы сигнализацияға әсері зерттелген. Торлы PI3P эндосомалық синтезді тудыратыны көрсетілген.[11] Торлы IP3 IP3-тің нейрондардың әсер ету потенциалына әсерін анықтауға көмектесті[12] және торға салынған диацилглицерин май қышқылы тізбегінің ұзындығының PKC тәуелді сигнализацияға әсерін анықтау үшін қолданылған.[13]

Фотоактивті липидтер

Оқу кезінде ақуыз-липидті өзара әрекеттесу, фотоактивацияның тағы бір түрі көптеген түсініктер беретінін дәлелдеді. Сияқты фотобабильді топтар диазиридиндер немесе бензофенондар, ультрафиолет сәулелену кезінде артта жоғары реактивті қалады карбениум иондары, оның өзара әрекеттесетін ақуыздарға қызығушылық липидін айқастыру үшін қолдануға болады. Бұл әдістеме әсіресе бар және протеин-липидтің өзара әрекеттесуін анықтау үшін өте пайдалы.[14]

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ Рана, А .; Dolmetsch, R. E. (2010). «Тірі нейрондардағы сигнал каскадтарын басқару үшін жарықты қолдану». Curr Opin Neurobiol. 20 (5): 617–622. дои:10.1016 / j.conb.2010.08.018. PMC  2993759. PMID  20850295.
  2. ^ Каплан, Дж. Х .; Форбуш, Б .; Хоффман, Дж. Ф. (1978). «Аденозин 5'-трифосфаттың қорғалған аналогтан жылдам фотолитикалық бөлінуі: Na: K сорғышымен адамның қызыл қан жасушалары елестерінің кәдеге жаратылуы». Биохимия. 17 (10): 1929–35. дои:10.1021 / bi00603a020.
  3. ^ Кэллоуэй, Э. М .; Katz, L. C. (1993). «Торлы глутаматпен фотоактивация мидың тірі тілімдеріндегі функционалды схеманы анықтайды». Америка Құрама Штаттарының Ұлттық Ғылым Академиясының еңбектері. 90 (16): 7661–5. Бибкод:1993 PNAS ... 90.7661C. дои:10.1073 / pnas.90.16.7661. PMC  47202. PMID  7689225.
  4. ^ Чудаков, Д .; Matz, M. (2010). «Флуоресцентті ақуыздар және олардың тірі жасушалар мен тіндерді бейнелеудегі қолданылуы». Физиологиялық шолулар. 90 (3): 1103–1163. дои:10.1152 / physrev.00038.2009. PMID  20664080.
  5. ^ Цуцуй, Н; Шимизу, Н; Мизуно, Н; Нукина, Н; Фурута, Т; Мияваки, А (қараша 2009). «Флуоресцентті ақуыздардың жасылдан қызылға айналуы үшін фото-индукциялық бета-элиминация реакцияларындағы E1 механизмі». Хим Биол. 16: 1140–7. дои:10.1016 / j.chembiol.2009.10.010. PMID  19942137.
  6. ^ Майер, Г .; Геккель, А. (2006). «Жарық қосқышы бар« биологиялық белсенді молекулалар"". Angewandte Chemie International Edition ағылшын тілінде. 45 (30): 4900–21. дои:10.1002 / anie.200600387. PMID  16826610.
  7. ^ Андо, Х .; Футура, Т .; Okamoto, H. (2004). «Зеброфиш эмбриондарында торлы мРНҚ қолдану арқылы фотосурет арқылы генді активтендіру». Жасуша биолы әдістері. 77: 159–71.
  8. ^ Крамер, Р.Х .; Фортин, Д.Л .; Тренер, Д. (2009). «Нейрондық белсенділікті басқарудың жаңа фотохимиялық құралдары». Curr Opin Neurobiol. 19 (5): 544–52. дои:10.1016 / j.conb.2009.09.004. PMC  2788492. PMID  19828309.
  9. ^ Эллис-Дэвис, Г. (2008). «Торлы кальциймен нейробиология». Хим. Аян. 108 (5): 1603–13. дои:10.1021 / cr078210i. PMID  18447376.
  10. ^ Сілтеме, К.Х .; Круз, Ф.Г .; Е, Х.Ф .; Орелли, К.Е .; Доуделл, С .; Ко, Дж.Т. (2004). «RARgamma және TRbeta ядролық рецепторларының фото-клеткалы агонистері уақытқа тәуелді гендердің экспрессиялық профильдерін жарықпен белсендірілген гендердің үлгілерін ұсынады». Биорг. Мед. Хим. 12 (22): 5949–59. дои:10.1016 / j.conb.2009.09.004. PMC  2788492. PMID  19828309.
  11. ^ Субраманиан, Д .; Лакета, V .; Мюллер, Р .; Тишер, С .; Зарбахш С .; Пепперкок, Р .; Шульц, С. (2010). «Мембраналық-өткізгішті торлы PtdIns (3) P активациясы жасушаларда эндокомдық синтез тудырады». Nat Chem Biol. 6 (5): 324–6. дои:10.1038 / nchembio.348.
  12. ^ Лемтири-Клие, Ф .; МакРобби, Э.А .; Бреарли, Калифорния (2000). «Инозитол гексакисфосфат - бұл күзет жасушаларында K + түзу өткізгіштікті реттейтін физиологиялық сигнал». Proc Natl Acad Sci USA. 97 (15): 8687–92. Бибкод:2000PNAS ... 97.8687L. дои:10.1073 / pnas.140217497. PMC  27009. PMID  10890897.
  13. ^ Надлер, А .; Екеуі де, Г .; Фэн, С .; Штайн, Ф .; Сонымен қатар, С .; Мюллер, Р .; Шульц, С. (2013). «Диацилглиеролдардың май қышқылының құрамы жергілікті сигнал беру заңдылықтарын анықтайды». Angew Chem Int Ed. 52: 6330–6334. дои:10.1002 / anie.201301716.
  14. ^ Хаберкант, П .; Raijmakers, R .; Жабайы су, М .; Сахсенхаймер, Т .; Брюгер Б .; Маэда, К .; Хувелинг, М .; Гэвин, АК; Шульц, С .; ван Меер, Г .; Хек, Адж .; Holthuis, JC (2013). «In vivo профилдеу және екі функционалды май қышқылдарының көмегімен жасушалық ақуыз-липидті өзара әрекеттесудің көрінісі». Angew Chem Int Ed Engl. 52 (14): 4033–8. дои:10.1002 / anie.201210178.

Сыртқы сілтемелер