Новый синтетический зонд предлагает безопасный и простой подход для визуализации кончиков хромосом в живых клетках. Зонд был разработан учеными из Института комплексных исследований клеток и материалов (iCeMS) и коллегами из Киотского университета и может способствовать исследованиям старения и широкого спектра заболеваний, включая рак. Подробности были опубликованы в Журнале Американского химического общества.
«Концы хромосом постоянно подвергаются риску деградации и слияния, поэтому они защищены структурами, называемыми теломерами, которые состоят из длинных повторяющихся последовательностей ДНК и связанных белков», — говорит химический биолог iCeMS Хироши Сугияма, руководивший исследованием. «Если теломеры не работают, они не могут поддерживать стабильность хромосом, что может привести к таким заболеваниям, как рак. Кроме того, теломеры обычно укорачиваются с каждым делением клетки, пока не достигают своего предела, вызывая гибель клеток».
Визуализация теломер, особенно их физического расположения в реальном времени, важна для понимания их значимости для болезней и старения. Уже существует несколько подходов к визуализации, но они имеют недостатки. Например, некоторые могут наблюдать теломеры только в сохраненных или «фиксированных» клетках. Другие требуют времени или жестких процедур, денатурирующих ДНК.
Сугияма и его коллеги преодолели эти проблемы с помощью синтетического пирролимидазол-полиамидного зонда (PIP), который может точно доставить флуоресцентное соединение к теломерам на концах хромосом.
«PIP — это класс небольших молекул, состоящих из молекул пиррола и имидазола, которые могут быть предварительно запрограммированы на связывание с выбранной последовательностью ДНК», — объясняет Ютаро Цубоно, первый автор этого исследования.
Команда разработала PIP, который нацелен на повторяющуюся последовательность ДНК, обнаруженную в теломерах. Флуоресцентное соединение, называемое кремний-родамином, было присоединено к PIP. Зонд, называемый SiR-TTet59B, связывается с теломерами в живых клетках. Когда низкоинтенсивный ближний инфракрасный свет падает на клетки, кремний-родамин флуоресцирует, показывая теломеры в действии.
«Наше исследование этого программируемого зонда ближнего инфракрасного диапазона создает возможности для использования этих молекул в биологических и медицинских приложениях», — говорит биоинженер iCeMS Ганеш Пандиан Намасиваям.
Команда использовала свой зонд для наблюдения за динамикой теломер во время различных фаз деления клеток и для измерения длины теломер путем измерения интенсивности флуоресценции. По словам Намасиваям, возможность визуализировать длину теломер была одновременно удивительной и захватывающей, поскольку ее можно разработать для создания эффективного и надежного подхода к обнаружению серьезного укорочения теломер при заболеваниях, таких как возрастная дегенерация сетчатки, с помощью света низкой энергии.
Поскольку PIP могут быть разработаны для нацеливания на любую последовательность ДНК в геноме путем изменения их расположения, ученые ожидают, что этот подход можно адаптировать для создания флуоресцентных зондов ближнего инфракрасного диапазона для визуализации других важных последовательностей ДНК, связанных с заболеванием.
