Plasmamembranet fungerar som ett stort nav för signalkaskader för att styra avgörande cellulära processer. Men det är ett flytande medium, vilket gör signaleringsprocesserna svåra att övervaka. Nu, Tyska forskare har designat en molekylär "färgpensel"-teknik för att utlösa, kontrollera, och även övervaka signaleringsprocesser. Som de skriver i journalen Angewandte Chemie , deras modulära system tillverkat av ljusaktiverbara molekylära byggstenar kan, till exempel, inducerar mönstrad kontraktion inuti levande celler.

Plasmamembranet är en tät lipidbarriär som omger cellen. Membranproteiner kontrollerar inflödet och utflödet av vatten, joner, proteiner, och andra föreningar. Extracellulära signaler transduceras av receptorer genom membranet för att utlösa intracellulära processer som cellrörelser eller differentiering. Visualiseringen av sådana händelser på molekylär nivå är fortfarande en stor utmaning, främst på grund av den snabba diffusionen av proteinreceptorerna i plasmamembranet. Därför, grupperna av Leif Dehmelt vid Max Planck Institute of Molecular Physiology och Yaowen Wu vid Chemicals Genomics Center i Max Planck Society, Tyskland, har utvecklat en ny teknik som kallas "Molecular Activity Painting" (MAP), som kombinerar immobilisering och ljuskontrollerad aktivering:Artificiella receptorer tätt förankrade på cellsubstratet är försedda med ett designat modulärt molekylärt system. En ljuspuls aktiverar de modulära byggstenarna, vilket kan utlösa lokaliserade signalkaskader som så småningom leder till rörelser av cytoskelettet. Denna teknologi gör cellresponsen synlig som ett penseldrag på membranet.

Kärnan i MAP-teknologin är en löslig flerkomponentmolekyl sammansatt av fyra funktionella delar:en kloralkyldel, en polymer (PEG) länk, en molekylgrupp som kallas trimetroprim eller TMP, och en ljuskänslig grupp som heter Nvoc. Denna "burade kemiska dimerizer", som det heter, kan fylla flera uppgifter:Genom sin kloralkyldel, det binder till en artificiell receptor, som är tätt förankrad och immobiliserad på cellsubstratet. Nvoc-gruppen kan tas bort ("uncaged") med en enda ljuspuls. Den icke inkapslade TMP-delen riktas sedan mot en designad faktor för att inducera en signalkaskad i cellen. Hela systemet är inriktat på ett syfte:kontroll och visualisering av molekylär funktion i levande celler.

Genom att använda denna teknik, forskarna inducerade en mönstrad aktomyosinkontraktion inuti en levande däggdjurscell. Eller, mer exakt, de "målade" bokstaven "N" på plasmamembranet i en levande cell. "'Molecular Activity Painting' [...] möjliggör switch-liknande, mönstrade störningar av regulatoriska nätverk med mikrometerprecision, " föreslår forskarna.