Forskare från Carnegie Mellon Universitys Molecular Biosensor and Imaging Center (MBIC) skruvar upp ljusstyrkan på en grupp fluorescerande prober som kallas fluoromoduler som används för att övervaka biologiska aktiviteter hos enskilda proteiner i realtid. Detta senaste framsteg förbättrar deras fluormodulteknologi genom att få den att lysa en storleksordning ljusare än typiska fluorescerande proteiner. De nya fluoromodulerna är fem till sju gånger ljusare än förstärkt grönt fluorescerande protein (EGFP), en utveckling som kommer att öppna nya vägar för forskning.

I en tidning publicerad online i Journal of the American Chemical Society , MBIC-forskare avslöjar en ny klass av dendronbaserade fluorogena färgämnen som kallas "dyedroner, " som förstärker signalen som emitteras av deras fluoromoduler.

"Genom att använda begrepp lånade från kemi, samma begrepp som används i saker som kvantprickar och ljusinsamlingssolceller, vi kunde skapa en struktur som fungerar som en antenn, intensifiera fluorescensen av hela fluoromodulen, sa Marcel Bruchez, docent i kemi och programdirektör för MBIC.

MBIC:s fluormoduler är uppbyggda av ett färgämne som kallas fluorogen och ett fluorgenaktiverande protein (FAP). FAP är genetiskt uttryckt i en cell och kopplat till ett protein av intresse, där den förblir mörk tills den kommer i kontakt med dess tillhörande fluorogen. När proteinet och färgämnet binder, komplexet avger ett fluorescerande sken, gör det möjligt för forskare att enkelt spåra proteinet på cellytan och i levande celler. Fluoromoduler är unika genom att de inte behöver tvättas bort för specifik märkning, de finns i ett spektrum av färger, och de är mer fotostabila än andra fluorescerande proteiner.

För att göra fluoromodulerna ljusare, forskarna förstärkte signalen från en av deras befintliga sonder. De tog en av sina standardfluorogener, malakitgrön, och kopplade det med ett annat färgämne som heter Cy3 i ett komplex som forskarna kallade en "dyedron". Dyedronen är baserad på en speciell typ av trädliknande struktur som kallas dendron, med en malakitgrön molekyl som fungerar som stammen och flera Cy3-molekyler som fungerar som grenarna.

De två färgämnena har överlappande emissions- och absorptionsspektra - Cy3 avger vanligtvis energi vid en våglängd där malakitgrönt absorberar energi - och denna överlappning tillåter färgämnena att effektivt överföra energi mellan varandra. När Cy3-färgämnesmolekylerna exciteras av en ljuskälla, som en laser, de "donerar" omedelbart sin excitationsenergi till malakitgrönt, förstärker signalen som sänds ut av malakitgrönt.

Varje dyedron är cirka 1-2 nanometer och 3000 g/mol i storlek. De mycket ljusa, men väldigt liten, färgämnespartiklar gör det möjligt för forskarna att utöka sin forskning om levande cellavbildning. Tidigare, när man utför mikroskopiexperiment med fluorescerande proteiner, fluoromoduler och fluorescerande färgämnen, om forskare ville öka ljusstyrkan, de skulle antingen öka intensiteten på lasern som används för att visualisera proteinerna eller märka proteinet som studeras med många kopior av den fluorescerande taggen. Båda metoderna hade potential att förändra biologin i det studerade systemet, antingen genom den mer intensiva energin som kommer från lasern eller den ökade vikten som orsakas av de flera taggar som lagts till proteinet. Det nya tillvägagångssättet tillhandahåller en enda kompakt proteintagg med signalförstärkning som tillhandahålls genom att endast måttligt förstora den riktade färgämnesmolekylen.

MBIC-forskarna använder för närvarande fluormoduler för att studera proteiner på cellytan, och hoppas kunna ta in tekniken i celler inom en snar framtid. Dessutom, de kommer att skapa färgämnen för sina andra befintliga FAP/färgämneskomplex.