En samarbetsstudie mellan Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) och University of Tokyo rapporterar en serie grönt fluorescerande proteinbaserade glukosindikatorer som kommer att underlätta undersökningar av energimetabolism i levande celler. heter Green Glifons, dessa indikatorer är de första i sitt slag utformade för att vara lämpliga för levande avbildning av däggdjursceller och för samtidig avbildning tillsammans med andra färgindikatorer.

The Green Glifons (gröna glukosindikerande fluorescerande proteiner), är utsökt känsliga för olika koncentrationer av glukos, en viktig energikälla för celltillväxt, spridning och överlevnad.

I deras studie publicerad i tidskriften Analytisk kemi , forskare inklusive Tetsuya Kitaguchi från Tokyo Institute of Technologys Laboratory for Chemistry and Life Science visade att sensorerna uppnådde upp till en sjufaldig ökning av fluorescerande ljusstyrka som svar på glukos.

De säger att deras prestation utökar verktygslådan för att övervaka glukosdynamik, gör det möjligt för cellbiologer att visualisera många molekyler i särskilda celler av intresse samtidigt. "Många forskare skulle vilja avbilda flera molekyler i samma celler med olika färgindikatorer för att studera deras rumsliga och tidsmässiga interaktion, ", säger Kitaguchi. "Det är därför vi behöver sensorer som enkelt kan appliceras på flerfärgsbilder."

Baserat på deras samlade expertis inom design och utveckling av biosensorer, teamet skapade tre typer av glifoner som kan visualisera ett användbart spektrum av glukoskoncentrationer, från hundratals mikromolära till tiotals millimolära koncentrationer. heter Green Glifon50, Green glifon600 och grön glifon4000, de tre sensorerna har EC50-värden på 50 μM, 600 μM och 4, 000 μM respektive.

Forskarna visade att alla tre Glifons kan användas för att visualisera glukos i olika delar av cellen, såsom cytoplasman, kärna och mitokondrier i levande HeLa-celler. De bekräftade också att deras sensorer är lämpliga för tvåfärgsbilder. Tester med betaceller från bukspottkörteln från mus visade att Green Glifons lätt kan användas för att visualisera glukos tillsammans med den röda fluorescerande kalciumindikatorn, Rhod-2.

För att verifiera om Glifons är lämpliga för realtidsavbildning av levande celler, de genomförde experiment med spolmasken Caenorhabditis elegans som djurmodell. De lyckades observera en ökning av fluorescensintensiteten hos Green Glifon4000 i svalgmuskeln placerad i maskens hals.

Den aktuella studien bygger på Kitaguchi och hans kollegors arbete med många typer av biosensorer, som de färgstarkt har döpt efter fåglar och mytiska bestar. "För sensorer för andra budbärare, vi bestämde oss för att döpa efter fåglar:Flamindo och cGull. Och för sensorer för metabolism, vi döpte efter chimären:MaLion och Glfon, " förklarar Kitaguchi.

Han säger att all kunskap som har vunnits hittills har varit ovärderlig för att optimera strukturen hos Glifons. "Till exempel, vi insåg att länklängden inom proteinstrukturen är viktig när vi utvecklade Flamindo, " säger han. "Senare, vi fann att aminosyrasekvensen i länken är avgörande när vi utvecklade cGull och MaLions."

Blickar framåt, Glifons kan hjälpa till att öka förståelsen för flera kroniska och livsstilsrelaterade sjukdomar inklusive diabetes och fetma, eftersom de är relaterade till glukosobalans. Många forskargrupper undersöker nu hur konstgjorda sötningsmedel, till exempel, kan störa glukosmetabolismen. Mycket återstår att utforska, eftersom hälsoeffekten av konstgjorda sötningsmedel är föremål för pågående debatt, säger Kitaguchi.