Новый биосенсор помог визуализировать гибель клетки в реальном времени
Клетки в нашем организме запрограммированы на смерть по истечении определенного периода времени — этот естественный процесс известен как апоптоз. Он необходим для поддержания баланса в организме: если старые или поврежденные клетки не гибнут должным образом, это чревато такими недугами, как рак, сердечно-сосудистые заболевания и деменция. Поэтому точное наблюдение за тем, когда и как умирают клетки, стало важным инструментом в науках о жизни и медицине, особенно для ранней диагностики заболеваний и оценки эффективности терапии.
В Корее разработали и испытали новый флуоресцентный репортер (ген, кодирующий индикаторный белок), который позволяет визуализировать апоптоз внутри живых клеток в реальном времени. Прорывная технология описана в Journal of Advanced Research. Предполагается, что она откроет новые возможности для разработки лекарств и биомедицинских исследований.
До сих пор для обнаружения апоптоза использовались такие методы, как микроскопическое наблюдение, генетический анализ и традиционные флуоресцентные белки-репортеры. Такие методы зачастую связаны со сложной подготовкой образцов, дополнительными этапами окрашивания и проблемами с точностью.
Разработчики новшества сосредоточились на каспазе-3 — ключевом ферменте, который выступает в роли «финального исполнителя» апоптоза. Каспаза-3 избирательно расщепляет короткую аминокислотную последовательность DEVDG. Точным встраиванием этой последовательности в структуру зеленого флуоресцентного белка (GFP) был получен биосенсор, который в момент смерти клетки теряет способность к флуоресценции. Такой простой, на первый взгляд, но эффективный механизм позволяет обнаружить апоптоз в реальном времени с высокой чувствительностью.
По сравнению с другими репортерами на основе GFP эта система отличается упрощенным принципом работы и компактной конструкцией, что значительно повышает как чувствительность, так и точность. Работу сенсора проверили, отслеживая апоптоз в реальном времени в различных экспериментальных условиях, включая воздействие токсичных веществ и противоопухолевых препаратов.
Новая технология применима не только к раковым клеточным линиям, но и к широкому спектру моделей животных клеток, что делает ее мощным инструментом для оценки лекарственной цитотоксичности и проверки терапевтической эффективности. В перспективе флуоресцентный репортер апоптоза внесет ощутимый вклад в исследования болезни Альцгеймера, сердечно-сосудистых нарушений и рака, которые тесно связаны с запрограммированной клеточной смертью.
«Наш новый сенсор позволяет отслеживать апоптоз с большей чувствительностью и простотой, чем существующие методы. Мы ожидаем, что он ускорит оценку новых кандидатов в лекарственные препараты, в частности противоопухолевые, и послужит мощным инструментом в исследованиях нейродегенеративных заболеваний, где клеточная смерть играет важную роль», — пояснил руководивший исследованием Ким Сон Ук из Центра перспективных животных ресурсов Корейского института биологии и биотехнологий.