Superauflösung zur Abbildung von Proteinen
Um zu sehen, wann Proteine gebildet werden und wo sie innerhalb einer Zelle hin wandern, verwenden Wissenschaftler fluoreszierende Moleküle, die unter ultraviolettem Licht glühen. Für diesen Zweck wird üblicherweise grün fluoreszierendes Protein (GFP) verwendet, das ursprünglich aus einer bereits seit 160 Millionen Jahren grün glühenden Qualle isoliert wurde. Um ein Protein zum Leuchten zu bringen, fügen Forscher am Ende des Proteinmoleküls GFP hinzu, was als Tagging bezeichnet wird. Da die Markierung die Funktion des Proteins stören kann, zielte das EU finanzierte Projekt GECCCCA (Genetic encoding and click chemistry with copper-chelating azides for super-resolution imaging of proteins) darauf ab, eine neue, alternative Methode zu entwickeln, um Proteine mit hoher Auflösung unter einem Lichtmikroskop zu visualisieren. Organische Farbstoffe sind kleine (bis zu 100-mal kleiner als GFP) Farbstoff-ähnliche Moleküle, die Proteine "beflecken" können, indem sie farbiges Licht aussenden. Da Proteine aus sich wiederholenden Aminosäureeinheiten bestehen, entwickelte GECCCCA eine Möglichkeit, eine einzelne Aminosäure in einem Protein durch den Farbstoff zu ersetzen. Dies erreichten sie durch eine Änderung der genetischen Sequenz des Proteins, um eine künstliche Aminosäure, die in der Natur nicht vorhanden ist, einzufügen. Danach fügten sie den Farbstoff zu der künstlichen Aminosäure hinzu und nutzten dafür eine von der Natur inspirierte chemische Reaktion, die kleine Moleküle miteinander verbindet. Um die neue Methode zu testen, beizte GECCCCA zwei reichlich vorhandene fadenförmige Proteine, die dabei helfen, die Struktur einer Zelle (Aktin und Vimentin) aufrechtzuerhalten, mit einem Fluorophor-Farbstoff. Hierfür identifizierten sie Aminosäurepositionen in jedem Protein, die durch eine künstliche Aminosäure ersetzt werden könnten, ohne die Funktion des Proteins zu beeinflussen. Danach zwickten sie die Proteinproduktionsmaschinerie der Zelle so, dass sie die künstliche Aminosäure erkennt, und nach ihrer Herstellung verbanden sie sie mit dem Farbstoff. Schließlich kombinierten sie Verbesserungen an einem Abbildungssystem, um ultrafeine strukturelle Details einzelner Aktin- und Vimentin-Filamente in Zellkompartimenten darzustellen. Die Arbeit von GECCCCA wird einen wesentlichen Beitrag zur Visualisierung von Proteinen in lebenden Zellen leisten.
Schlüsselbegriffe
Proteine, molekulare Farbstoffe, Lichtmikroskop, organische Farbstoffe, künstliche Aminosäure
