Белки несут большинство биологических функций в жизни. Биологи долго узнавали, что новые белки произведены, и старые разрушаются со временем, как требуется метаболической деятельностью живых организмов. Многие физиологический комплекс и процессы болезни включают синтез белка и деградацию в пространстве и времени.
Например, формирование долгосрочной памяти требует зависимого от деятельности синтеза белка в определенных нейронах, в то время как болезнь разрушительного Хантингтона часто разрушает пути деградации белка затронутых клеток.Технически, однако, это очень сложно, чтобы визуализировать метаболизм белка в неразрушающем и глобальном (т.е., протеом) способ специально для живых систем. Предыдущие методы, используя радиоактивные аминокислоты должны работать с мертвыми образцами.
Масс-спектрометрия отображения агрессивна, таким образом не совместима с живыми системами. Основанные на флюоресценции методы, используя неестественные аминокислоты обычно требуют нефизиологической фиксации клеток.
Чтобы решить эту проблему, Мин и его команда эксплуатировали новую комбинацию химической маркировки и физического обнаружения. Определенно, они соединили появляющуюся основанную на лазере технику, названную микроскопией стимулируемого Рамана, рассеивающегося (SRS) с метаболической маркировкой дейтеризованных аминокислот (D-научный-работник) родными оборудованиями синтеза белка клетки.
В специально подготовленном D-научном-работнике нормальные водородные атомы заменены атомами дейтерия, которые показывают почти идентичные физическо-химические свойства к тем из водорода за исключением их более тяжелых масс. Когда связь углеродного дейтерия простирается, она производит Рамана, рассеивающего сигнал на уникальной «частоте» (отличающийся от естественных молекул в клетках).
Недавно синтезируемые белки, на которые построили объединенный D-научный-работник, могут тогда быть определенно обнаружены SRS через уникальную вибрационную подпись от связей углеродного дейтерия. Используя этот метод, Мин и его команда продемонстрировали, что отображение недавно синтезировало белок в живых клетках, как сообщается в более ранней публикации Proc. Natl.
Acad. Научные США. 110, 11226, 2013.«Новая газета ACS Chem Biol значительно расширила понятие SRS сцепления с метаболической маркировкой D-научного-работника», сказал ведущий автор Лу Вэй, кандидат доктора философии в химии.
Помимо контролирующего синтеза белка, эта техника может также исследовать деградацию белка, отследив распад сигнала группы (CH3) метила, приписанной существующим ранее белкам. Кроме того, вдохновленный классическим анализом преследования пульса сложной динамики белка, двухцветное отображение преследования пульса было достигнуто, рационально деля целую коллекцию D-научного-работника в два структурно различных подмножества с отличными вибрационными подписями. Таким образом команда Минуты смогла исследовать динамику прогрессии совокупного формирования мутанта huntingtin белки в живых клетках.«Оборудованный очень улучшенной техникой, мы можем преследовать биологическое применение далеко за пределами более ранней демонстрации на простых клеточных линиях», сказал Вэй.
В этом новом исследовании, команда, изображенная пространственное распределение недавно синтезируемых белков в живых частях мозговой ткани с явным сигналом, наблюдаемым в зубчатом gyrus, предлагая высокую метаболическую деятельность в этом регионе. Запутанные отношения между синтезом белка и нейронной пластичностью в настоящее время расследуются на этой платформе.«Главное преимущество нашей техники заключается в ее нетоксичности и минимальной агрессивности, поскольку администрация D-научного-работника в образцовых организмах, кажется, нетоксична даже на долгое время», добавил Вэй.
Команда нанесла на карту недавно синтезируемый белок у живущих животных включая данио-рерио и мышей. Мощные сигналы обнаружены в сегментах в эмбриональном хвосте данио-рерио и печени и внутренних тканях от исследованных мышей. Все эти новые демонстрации поддерживают технику для в естественных условиях допроса.
«В дополнение к фундаментальному исследованию наша техника могла также способствовать значительно переводным заявлениям», сказал Мин. «Полагая, что стабильная маркировка изотопа и отображение SRS оба совместимы с живыми людьми, мы предполагаем яркую перспективу применения этой платформы к выполнению диагностического и терапевтического отображения в людях».