3D-struktur av den syntetiska jodidtransportören PB-1A utvecklad av IBS-forskare. PB-1A-designen följer formen av 26-fasad polyhedron gjord av trianglar och rutor (mörkgrå) med 12 ytor kvar tomma som fönster (ljusgrå) för joner att passera igenom. Den har en diameter på 3,64 nm och rätt kemiska egenskaper för att passa cellmembranet. Kredit:Institute for Basic Science
Utbyte av jod (jodjoner) mellan blodomloppet och cellerna är avgörande för hälsan hos flera organ och dess funktionsfel är kopplat till struma, hypo- och hypertyreoidism, bröstcancer, och magcancer. Forskare vid Center for Self-Assembly and Complexity, inom Institute for Basic Science (IBS) har utarbetat nanostrukturer som fungerar som kanaler för jodidtransport i cellmembran. Den här studien, publicerad i Journal of the American Chemical Society ( JACS ), kan leda till diagnos och behandling av jodidtransportstörningar.
Ett protein som kallas natrium/jodidsymboler (NIS) förmedlar transport av jodid från blodomloppet till sköldkörtelceller såväl som andra vävnader, inklusive bröstkörtlar under amning, cancerösa bröstvävnader, och tårkörtlar. NIS är en ihålig struktur som spänner över cellmembranets höjd genom vilken jod kan röra sig in i cellerna.
IBS-forskare utvecklade syntetiska jonkanaler som selektivt tillåter passage av negativt laddade joner, särskilt jodider. Med en diameter på 3,64 nm och rätt kemiska egenskaper, dessa kanaler kallas porfyrinboxar 1A (PB-1A), passa in i cellmembranet.
PB-1A har formen av en 26-fasad polyhedron gjord av trianglar och rutor, namngiven rhombicuboctahedron av Archimedes. Två typer av molekyler utgör 14 ytor av det fasta ämnet, medan de andra ansiktena lämnas tomma för att jonerna ska passera.
PB-1A har fördelen av att vara kemiskt stabil i vattenlösning och i cellmembranet. IBS-forskare fann att PB-1A naturligt förs in i cellmembranet, fungerar som en jonkanal, och giftfri för celler.
Jod (I-) kommer in och ut genom de syntetiska PB-1A-kanalerna i cellmembranet. Celler behandlas med jodidkänsliga gula fluorescerande proteiner (YFP-HEK-293T-celler) som fluorescerar endast i frånvaro av I- (A). IBS-forskare observerade att tillsatsen av PB-1A-kanaler inte stör fluorescensen (B), men en timme senare när de tillsatte I- (som natriumjodid, NaI), fluorescensen släcktes (C). NaI -lösningen avlägsnades sedan, och fluorescensen dök upp igen efter 30 minuter, vilket indikerar att jag diffunderade ut ur cellen genom PB-1A-kanalerna (D). Kredit:Institute for Basic Science
Teamet observerade att olika typer av negativt laddade joner kan gå igenom PB-1A, men vissa kan göra det bättre än andra. Till exempel:jodidöverföring cirka 60 gånger mer effektivt än klorid, den mest förekommande biologiska negativt laddade jonen, det är dubbelt mer selektivt än tidigare rapporterade kanaler. Teamet observerade att olika typer av negativt laddade joner kan gå igenom PB-1A, men vissa kan göra det bättre än andra. Till exempel:jodid överför cirka 60 gånger mer effektivt än klorid, den mest förekommande biologiska negativt laddade jonen, vilket är dubbelt mer selektivt än tidigare rapporterade kanaler. Denna skillnad i effektivitet är relaterad till vattenmolekylerna som omger jonerna och energin som krävs för att dra ut dem, dvs det är lättare för jodid att ta bort dessa vattenmolekyler när det går genom kanalen, vilket underlättar dess passage.
Att designa kanaler med hög selektivitet för specifika joner är ingen trivial uppgift. "Vi är glada över dessa fynd, eftersom i jämförelse med studier på kloridkanaler och kanaler som transporterar positivt laddade joner, jodidselektiva artificiella kanaler har sällan rapporterats under det senaste decenniet. Dessutom, kanaler som efterliknar NIS:s funktioner är mycket intressanta, eftersom de har potential att behandla sköldkörtel- och icke-sköldkörteln maligniteter, "påpekar Dr ROH Joon Ho, en av motsvarande författare till denna studie.
