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Genetic encoding and click chemistry with copper-chelating azides
for super-resolution imaging of proteins

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La super-risoluzione per l’imaging delle proteine

Una tecnologia innovativa che colora le proteine con un minuscolo colorante molecolare sta permettendo ai ricercatori di visualizzare le proteine a risoluzione ultra-precisa.

Salute

Per visualizzare quando le proteine sono prodotte e dove vanno all’interno di una cellula, gli scienziati utilizzano molecole a fluorescenza che brillano quando sono esposte alla luce ultravioletta. La proteina fluorescente verde (GFP), originariamente isolata da una medusa che brilla di luce verde da oltre 160 milioni di anni, è usata comunemente a tal fine. Per far brillare di luce verde una proteina i ricercatori aggiungono la GFP all’estremità della molecola della proteina in un processo noto come marcatura. Poiché la marcatura può interferire con la funzione della proteina, il progetto GECCCCA (Genetic encoding and click chemistry with copper-chelating azides for super-resolution imaging of proteins) mirava a sviluppare un nuovo metodo alternativo per visualizzare le proteine ad alta risoluzione sotto un microscopio ottico. I fluorofori organici sono minuscole (fino a 100 volte più piccoli della GFP) molecole simili a coloranti che possono “macchiare” le proteine emettendo luce colorata. Poiché le proteine sono composte da unità di aminoacidi che si ripetono, GECCCCA ha sviluppato un modo per sostituire un singolo aminoacido con un colorante all’interno di una proteina. Ciò è stato possibile modificando la sequenza genetica della proteina per includere un aminoacido artificiale che non esiste in natura. I ricercatori hanno poi aggiunto all’aminoacido artificiale il colorante utilizzando una reazione chimica ispirata dalla natura, che unisce insieme piccole molecole. Per testare il nuovo metodo i ricercatori di GECCCCA hanno colorato con un colorante fluorescente due proteine filamentose a elevata abbondanza che contribuiscono a mantenere la struttura di una cellula (actina e vimentina). A tal fine hanno identificato all’interno di ogni proteina le posizioni degli aminoacidi che potevano essere sostituiti con un aminoacido artificiale senza influenzare la funzione della proteina. Hanno poi ottimizzato i meccanismi di produzione delle proteine della cellula affinché fossero in grado di riconoscere l’aminoacido artificiale, e una volta prodotto, lo collegassero al colorante. Infine hanno abbinato i miglioramenti a un sistema di imaging per rivelare dettagli strutturali ultra-precisi dei singoli filamenti di actina e vimentina nei compartimenti cellulari. Il lavoro di GECCCCA darà un importante contributo alla visualizzazione delle proteine nelle cellule viventi.

Parole chiave

Proteine, coloranti molecolari, microscopio ottico, fluorofori organici, aminoacidi artificiali

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