Команда добилась прогресса в использовании флуоресцентных красителей, чтобы лучше визуализировать порядок липидных мембран в живых клетках

Новый сольватохромный зонд может помочь пролить свет на взаимосвязь между текучестью липидных мембран и различными клеточными функциями, сообщают ученые из Токийского технологического института и Университета Кюсю. Благодаря инновационной конструкции предлагаемый зонд обладает замечательной стабильностью, низкой токсичностью и исключительными флуоресцентными свойствами, что позволяет визуализировать изменения в порядке липидных мембран в режиме реального времени во время сложных процессов, таких как деление клеток.

Выводы опубликовано в журнале Передовая наука.

Липидные мембраны — это больше, чем просто барьеры, отделяющие клетки и органеллы от окружающей их среды. Они также играют ключевую роль в ряде клеточных функций, таких как движение клеток, обмен веществ, управление отходами и восприятие.

В целом, липидные мембраны выполняют эти задачи с помощью белков и других молекул, которые сложно интегрированы в структуру мембраны, часто изменяя ее текучесть или порядок. Соответственно, изучение порядка липидных мембран является важной областью исследований. клеточная биологияне в последнюю очередь потому, что многие заболевания могут вызывать или быть вызваны нарушениями в порядке липидных мембран.

Чтобы визуализировать текучесть липидных мембран, ученые обычно используют флуоресцентные вещества, известные как сольватохромные зонды или красители. Термин «сольватохромный» означает, что свет, излучаемый молекулой, меняет цвет в зависимости от полярности окружающей среды.

Таким образом, при введении в липидную мембрану цвет, излучаемый этими красителями, зависит от порядка липидной мембраны, который тесно связан с полярностью. Однако традиционные сольватохромные красители сталкиваются с рядом проблем, включая низкую стабильность, низкую флуоресцентную эмиссию, клеточную токсичность и зависимость от ультрафиолетовое излучение как источник возбуждения.

В ходе исследования исследовательская группа из Токийского технологического института и Университета Кюсю (Япония) попыталась преодолеть все эти препятствия. Исследовательская группа под руководством доцента Гэнити Кониси из Токийского технологического института и профессора Дзюнъити Икеноути из Университета Кюсю разработала новый сольватохромный краситель, который может произвести революцию в визуализации порядка липидов в реальном времени.

Чтобы разработать новый зонд, команда сначала исследовала и сравнила фотофизические свойства нескольких различных красителей. После некоторых проб и ошибок они остановились на конкретной молекулярной конструкции, которая оправдала все их ожидания. Окончательный вариант зонда, 2-N,N-диэтиламино-7-(4-метоксикарбонилфенил)-9,9-диметилфлуорен (FπCM), имел плоскую структуру, состоящую из электронодонорной и электроноакцепторной частей, соединенных между собой π-мост. Эта конфигурация способствовала внутримолекулярному переносу заряда, который необходим для определения сольватохромных и флуоресцентных свойств молекулы.

Исследователи оценили эффективность предлагаемого красителя посредством обширной серии экспериментов. FπCM продемонстрировал исключительные флуоресцентные свойства и замечательную химическую стабильность не только в растворителях и искусственных липидных мембранах, но и в физиологических условиях в живых клетках.

Одним из наиболее привлекательных аспектов предложенного красителя была его долговременная фотостабильность, как отмечает доктор Кониши: «В наших экспериментах FπCM мог сохраняться примерно пять часов, тогда как Продан и Лаурдан, два хорошо зарекомендовавших себя сольватохромных красителя, были бы полностью гасится примерно за 30 минут. Тот факт, что мы использовали относительно интенсивный конфокальный лазерный свет, предполагает, что FπCM также будет устойчив к интенсивному свету, исходящему от различных устройств».

Примечательно, что команда смогла успешно наблюдать текучесть липидных мембран на протяжении всего процесса. деление клеток, подразумевая, что FπCM нетоксичен, в отличие от других современных сольватохромных красителей. Более того, предлагаемый зонд можно легко модифицировать для получения производных FπCM, нацеленных на специфические липидные мембранытакие как те, которые обнаружены в клеточных органеллах, таких как митохондрии и эндоплазматический ретикулум.

«Мы считаем, что исследование корреляции между активацией мембранных белков в ответ на стимулы и пространственно-временными изменениями текучести мембран прольет свет на механизмы, лежащие в основе разнообразных функций мембран», — заключает доктор Кониши. «Поскольку живые изображения с помощью FπCM и производных, специфичных для органелл, можно легко выполнить с помощью обычных конфокальных микроскопов, порядок мембран может стать стандартным, широко доступным источником информации для клеточных биологов».

Если повезет, исключительные свойства FπCM помогут биологам раскрыть секреты внутренней работы клеток.