Исследователи увеличили яркость флуоресцентных зондов

Ученые из Центра молекулярных биосенсоров и визуализации (MBIC) Университета Карнеги-Меллон значительно повысили яркость флуоромодулей — флуоресцентных зондов для мониторинга биологической активности отдельных белков в реальном времени. Новая версия технологии светится на порядок ярче, чем типичные флуоресцентные белки, и в 5–7 раз ярче улучшенного зеленого флуоресцентного белка (EGFP).

В статье, опубликованной в Journal of the American Chemical Society, представлен новый класс дендронных флуорогенных красителей — «дайдроны» (dyedrons), которые усиливают сигнал флуоромодулей.

«Используя концепции из химии, те же, что применяются в квантовых точках и светособирающих солнечных элементах, мы создали структуру, которая работает как антенна, усиливая флуоресценцию всего флуоромодуля», — пояснил Марсель Брушез, руководитель программы MBIC.

Как работают флуоромодули:

  • Состоят из флуорогена (красителя) и FAP (флуороген-активирующего белка).
  • FAP экспрессируется в клетке и связывается с белком-мишенью.
  • Комплекс остается темным, пока FAP не свяжется со своим флуорогеном.
  • При связывании возникает флуоресцентное свечение, позволяющее отслеживать белок на поверхности и внутри живых клеток.
  • Преимущества: не требуют отмывки, доступны в спектре цветов, более фотостабильны.

Принцип усиления сигнала:

Исследователи создали «дайдрон» на основе древовидной структуры — дендрона.

  • «Ствол» — молекула флуорогена малахитового зеленого.
  • «Ветви» — несколько молекул красителя Cy3.
  • Спектры излучения Cy3 и поглощения малахитового зеленого перекрываются, что позволяет эффективно передавать энергию.
  • При возбуждении лазером молекулы Cy3 немедленно «передают» свою энергию малахитовому зеленому, усиливая его сигнал.

Характеристики и преимущества:

  • Размер дайдрона: ~1–2 нанометра, масса ~3000 г/моль.
  • Яркие, но очень маленькие частицы позволяют избежать проблем прежних методов увеличения яркости:
    • Повышения интенсивности лазера (риск повреждения биологии системы).
    • Мечения белка множественными копиями флуоресцентной метки (увеличение массы, риск нарушения функции).
  • Новый подход обеспечивает единственную компактную белковую метку с усилением сигнала за счет умеренного увеличения размера только целевой молекулы красителя.

Перспективы:

В настоящее время флуоромодули используются для изучения белков на поверхности клеток. В ближайшем будущем исследователи планируют адаптировать технологию для работы внутри клеток, а также создать дайдроны для других существующих комплексов FAP/краситель.