Celler spelar ett precist spel telefon, skicka meddelanden till varandra som utlöser åtgärder längre fram. Med tydlig signalering, cellerna når sina mål. Vid sjukdom, dock, signalerna bryts upp och resulterar i förvirrade meddelanden och oavsiktliga konsekvenser. För att hjälpa till att analysera dessa signaler och hur de fungerar i hälsa - och går snett i sjukdomar - märker forskare proteiner med etiketter som de kan följa när proteinerna interagerar med den molekylära världen runt dem.

Utmaningen är att ta reda på vilka proteiner som ska märkas i första hand. Nu, ett team ledd av forskare från Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT) har utvecklat en ny metod för att identifiera och märka de specifika proteinerna. De publicerade sina resultat den 1 juni i Angewandte Chemie .

"Vi är intresserade av att utforska proteinreceptorer för vissa kolhydratmolekyler som är involverade i att förmedla cellsignalering, särskilt i cancerceller, " sa pappersförfattaren Kaori Sakurai, docent vid institutionen för bioteknik och livsvetenskap vid TUAT.

Kolhydratmolekylerna, kallas ligander, uttrycks typiskt på ytan av celler och är kända för att dynamiskt bilda komplex med proteinreceptorer för att koordinera komplicerade cellulära funktioner. Dock, Sakurai sa, proteinerna som ansvarar för att binda kolhydraterna har varit svåra att identifiera eftersom de binder så svagt till molekylerna.

Forskarna designade en ny typ av kolhydratsond som inte bara skulle länka till molekylerna, men binder hårt till dem.

"Vi använde guldnanopartiklar som en ställning för att fästa både kolhydratligander och elektrofiler - en kemikalie som älskar att reagera med andra molekyler - på ett multivalent sätt, sade Sakurai. På det här sättet, vi kunde kraftigt öka bindningsaffiniteten och reaktionseffektiviteten mot kolhydratbindande proteiner."

Forskarna använde de designade sonderna för cellysat, en vätska som innehåller insidan av trasiga celler.

"Sonderna hittade snabbt målkolhydratbindande proteiner, trigga de elektrofila grupperna att reagera med elektrondonerande aminosyrarester på närliggande proteiner, ", sa Sakurai. "Detta resulterade i proteiner som var fast tvärbundna till guldnanopartiklarnas yta, gör det enkelt att i efterhand analysera deras identiteter."

Teamet utvärderade flera elektrofila grupper för att identifiera den mest effektiva typen för att märka sina målproteiner.

"Vi fann att en speciell elektrofil grupp som kallas arylsulfonylfluorid är bäst lämpad för affinitetsmärkning av kolhydratbindande proteiner, " sa medförfattaren Nanako Suto, en doktorand vid institutionen för bioteknik och livsvetenskap vid TUAT. "Dock, de har sällan använts för att identifiera målproteiner, förmodligen för att de icke-selektivt skulle reagera med olika andra, oönskade proteiner."

Dock, Omfattningen av användningen av arylsulfonylfluorid verkar mildra problemet.

"Icke-selektiviteten är inte ett problem om arylsulfonylfluorid används i mycket låga koncentrationer, i intervallet för nanoskalan, " sa medförfattaren Shione Kamoshita, även doktorand vid institutionen för bioteknik och biovetenskap, TUAT.

Guldnanopartikelställningen visar många kopior av den elektrofila gruppen, som håller arylsulfonylfluorids lokala koncentration hög på nanopartikelytan men hindrar dem från det allmänna cellsystemet och reagerar på oönskade proteiner. Med den höga koncentrationen på nanonivå, vissa kopior av elektrofila grupper kan effektivt reagera med målproteiner.

"Genom denna process, vi kunde uppnå mycket effektiv och selektiv affinitetsmärkning av kolhydratbindande proteiner i cellysat, ", sade Sakurai. "Vi kommer att tillämpa den nya metoden i målidentifiering av flera cancerrelaterade kolhydratligander och undersöka deras funktion i cancerutveckling. Parallellt, vi siktar på att utforska den allmänna användbarheten av denna nya sonddesign för olika andra bioaktiva små molekyler, så att vi kan påskynda klargörandet av deras mekanismer."