Цитоскелет — это большая структура внутри клеток, которая обеспечивает им механическую поддержку, сохраняет их трехмерную форму и внутреннюю организацию, а также позволяет им двигаться и делиться. Он состоит из трех основных субструктур внутри клетки, которые состоят из длинных нитчатых белков: тубулина и актина.Современные методы наблюдения за цитоскелетом могут быть трудными для проникновения в живые клетки, могут быть токсичными и обычно ограничены по разрешению и продолжительности, поскольку сигнал со временем исчезает. Распространенным методом является флуоресцентная микроскопия, при которой флуоресцентные молекулы («зонды») прикрепляются к клеточным структурам, а затем «светятся» на темном фоне.
Команда Кая Джонссона из EPFL разработала новые флуоресцентные зонды, которые могут легко проникать в живые клетки, не токсичны, имеют длительные сигналы и, что наиболее важно, обеспечивают беспрецедентное разрешение изображения. В 2013 году исследователи разработали флуоресцентную молекулу под названием кремний-родамин (SiR), которая включается только тогда, когда связывается с заряженной поверхностью белка, подобного тем, которые обнаруживаются на цитоскелете.
Когда SiR включается, он излучает свет с дальними красными длинами волн.Задача заключалась в том, чтобы заставить SiR специфически связываться с белками цитоскелета, актином и тубулином. Для этого ученые объединили молекулы SiR с соединениями, связывающими тубулин или актин.
Полученные гибридные молекулы состоят из молекулы SiR, которая обеспечивает флуоресцентный сигнал, и молекулы природного соединения, которое может связывать целевой белок. Одним из таких соединений был доцетаксел, противоопухолевый препарат, который связывает тубулин, а другим — ясплакинолид, который специфически связывает цитоскелетную форму актина. Оба соединения, которые используются здесь в очень низких, нетоксичных концентрациях, могут легко проходить через клеточную мембрану в саму клетку.Зонды, названные SiR-тубулин и SiR-актин, использовались для визуализации динамики цитоскелета в клетках кожи человека.
Поскольку световой сигнал зондов излучается в дальнем красном спектре, его легко изолировать от фонового шума, который генерирует изображения беспрецедентного разрешения при использовании с техникой, называемой микроскопией сверхвысокого разрешения.Дополнительным преимуществом является практичность зондов. «Вы просто добавляете их прямо в культуру клеток, и они поглощаются клетками», — говорит Кай Джонссон.
Зонды также не требуют какой-либо промывки или подготовки клеток перед введением или любых последующих стадий промывки, что в значительной степени помогает в поддержании стабильности их окружающей среды и их естественных биологических функций.Ученые считают, что они могут расширить свою работу и на другие типы белков и тканей. «Структуры цитоскелета постоянно визуализируются биологами», — говорит Джонссон. «До сих пор не было доступных зондов, которые позволили бы получить высококачественные изображения микротрубочек и микрофиламентов в живых клетках без какой-либо генетической модификации. С помощью этой работы мы предоставляем биологическому сообществу два высокопроизводительных и высококонтрастных флуорогенные зонды, которые излучают в нефотоксичной части светового спектра и могут даже использоваться в таких тканях, как образцы цельной крови ».