En nanosond utvecklad av biofysiker vid NC State kan tillåta forskare att spåra rörelser av olika proteiner längs DNA - utan nackdelarna med nuvarande metoder.
En mängd proteiner patrullerar din DNA-helix som poliser på ett beat. Dessa proteiner har individuella funktioner, inklusive att identifiera skadade områden på DNA-strängen och initiera reparationer. För att studera dessa proteiner, forskare fäster vanligtvis nanosonder till dem. Sonderna fluorescerar under vissa typer av ljus, så att deras rörelser kan spåras.
Problemet? Enligt biofysiker Shuang Lim, "Vi vet att DNA har en spiralform – det är en spiral. När vi observerar dessa proteiner som rör sig längs strängen, vi borde kunna se om de rör sig runt DNA såväl som längs det. Tyvärr, den teknik vi har nu tillåter oss inte riktigt det.
"De vanligaste sonderna just nu är kvantprickar och guld nanorods, " Lim fortsätter. "Kvantprickar blinkar, vilket gör det svårt att avgöra var de är eller vad de kan göra vid varje given tidpunkt. Föreställ dig att försöka se en film, men med slumpmässiga mörka ramar som dyker upp när du tittar. Du kan inte få hela bilden. Guld nanorods, å andra sidan, tenderar att vingla. Vinklingen påverkar också vår förmåga att få en exakt uppfattning om var dessa proteiner finns och hur de kan interagera med DNA-strängen."
Lim, tillsammans med doktoranden Kory Green och tidigare postdoktor Janina Wirth, utvecklat en nanosond som tar itu med dessa problem. Deras sond – en nanoplasmonisk uppkonverterande nanopartikel – ändrar fluorescerande intensitet baserat på dess orientering.
"Dessa partiklar är skivformade. När de ligger platt, de är ljusa, och när de är på kanten, de är mörka, " säger Green. "De blinkar inte och de vinglar inte, så det är mycket lättare att få exakta mätningar från dem."
"En annan fördel är att de blir upphetsade av – eller dyker upp när – de utsätts för infrarött ljus, " säger Lim. "Många av kvantpricksonderna använder material som exciteras av blått, eller ultraviolett (UV) ljus. UV-exponering skadar proverna som vi vill studera. Men det gör inte infrarött ljus."
Lim, Green och Wirth genomförde en proof-of-concept-studie med sin sond genom att observera den på ett plant substrat och i en sackaroslösning, för att se om de exakt kunde detektera hur nanosonden rörde sig. De preliminära resultaten var lovande, så Lim och teamet går mot sina nästa steg, vilket inkluderar att testa sonden på ett DNA-patrullerande protein.
"Alla dessa proteiner gör olika saker för vårt DNA, men vi vet inte exakt vad de gör, " säger Lim. "Vi hoppas kunna använda den här sonden för att bygga ett bibliotek som kännetecknar alla dessa proteiner, så att vi kan bestämma deras funktion."
