An Enlightening Protein – Biomedical Beat Blog – Εθνικό Ινστιτούτο Γενικών Ιατρικών Επιστημών

An Enlightening Protein – Biomedical Beat Blog – Εθνικό Ινστιτούτο Γενικών Ιατρικών Επιστημών

Dezember 23, 2020 0 Von admin
Μια μύγα που λάμπει πράσινη.
Μια μύγα φρούτων που εκφράζει το GFP. Πίστωση: Jay Hirsh, Πανεπιστήμιο της Βιρτζίνια.

Κατά τη διάρκεια της περιόδου των διακοπών, τα φώτα που αναβοσβήνουν είναι ένα κοινό θέαμα. Αλλά ανεξάρτητα από την εποχή του χρόνου, μπορείτε να δείτε πολύχρωμες λάμψεις σε πολλά εργαστήρια βιολογίας. Οι επιστήμονες έχουν επιτρέψει σε πολλούς οργανισμούς να φωτίζονται στο σκοτάδι—από κύτταρα έως μύγες φρούτων και Μεξικανικές σαλαμάνδρες. Αυτοί οι λαμπεροί οργανισμοί βοηθούν τους ερευνητές να κατανοήσουν καλύτερα τις βασικές κυτταρικές διεργασίες επειδή τους DNA έχει επεξεργαστεί για να εκφράζει μόρια όπως η πράσινη φθορίζουσα πρωτεΐνη.

Φωτιστικές διεργασίες κυττάρων

Ένα ωοειδές πτερύγιο όπου τα δύο τρίτα κορυφής είναι κόκκινα με μικρές μωβ κηλίδες και το κάτω τρίτο είναι ανοιχτό μπλε με μικρές πράσινες κηλίδες.
Ένα πτερύγιο zebrafish με GFP που λάμπει (πράσινες κουκκίδες) όπου εκφράζεται το γονίδιο sox9b. Αυτό το γονίδιο παίζει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη της καρδιάς, του εγκεφάλου και του σκελετού. Πιστώσεις: Jessica Plavicki, University of Wisconsin, Madison.

Το GFP είναι φυσικό πρωτεΐνη που ανακάλυψαν οι επιστήμονες στις μέδουσες της Βόρειας Αμερικής Μια ισοπαλία νίκη. Η πρωτεΐνη λάμπει πράσινη όταν εκτίθεται στο υπεριώδες φως, το οποίο είναι μέρος του ηλιακού φωτός που είναι αόρατο στους ανθρώπους. Οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν γιατί αυτές οι μέδουσες εξέλιξαν τη λάμψη τους, αλλά μια υπόθεση είναι ότι τις βοηθά να αποκρούσουν τους θηρευτές. Οι ερευνητές έχουν μεταφέρει το γονίδιο που μεταφέρει τις οδηγίες για το GFP σε ζέβρα, μύγες, κουνέλια, ποντίκια, ανθρώπινα κύτταρα σε πιάτο εργαστηρίου και πολλά άλλα. Το GFP δρα ως μια λαμπερή «ετικέτα» σε μια πρωτεΐνη που μελετάται, επιτρέποντας στους ερευνητές να παρακολουθούν τη δραστηριότητα της πρωτεΐνης, κάτι που διαφορετικά θα ήταν πολύ δύσκολο.

Επειδή οι πρωτεΐνες παράγονται μόνο όταν τα γονίδια ενεργοποιούνται από ένα ερέθισμα στο κύτταρο, το GFP μπορεί να δείξει εάν ένα γονίδιο εκφράζεται σε διαφορετικά μέρη ενός οργανισμού. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το GFP για να μελετήσουν θέματα όπως η συμπεριφορά συγκεκριμένων συνόλων κυττάρων κατά την εμβρυϊκή ανάπτυξη, η εξάπλωση καρκινικών κυττάρων, η εξέλιξη των μολύνσεων HIV και η κατασκευή κυττάρων που παράγουν ινσουλίνη.

Αναγνώριση Νόμπελ

Το 2008, οι υποστηριζόμενοι από το NIGMS ερευνητές Martin Chalfie, Ph.D., Osamu Shimomura, Ph.D., και Roger Tsien, Ph.D., έλαβαν το διάσημο βραβείο Νόμπελ στη χημεία για την ανακάλυψη και την ανάπτυξη του GFP. Ο Δρ Shimomura εξήγαγε για πρώτη φορά τη λαμπερή πρωτεΐνη από μέδουσες τη δεκαετία του 1960. Στις αρχές της δεκαετίας του 1990, ο Δρ. Chalfie απομόνωσε το γονίδιο που φέρει τις οδηγίες για το GFP και το μετέφερε σε ερευνητικούς οργανισμούς.

Τα επόμενα χρόνια, ο Δρ. Tsien αναγνώρισε τη δομή εντός του GFP που παρήγαγε πράσινο φθορισμό και δημιούργησε μια συνθετική παλέτα χρωμάτων που έλαμπε περισσότερο και πιο φωτεινά και επέτρεψε στους ερευνητές να μελετήσουν πολλά διαφορετικά μόρια ταυτόχρονα.

Rainbow Glow

Επτά φυσαλίδες διατεταγμένες σε κύκλο, η καθεμία με διαφορετικό χρώμα: πράσινο, κίτρινο, πορτοκαλί, κόκκινο, μπλε, τιρκουάζ και σερουλέ.  Κάθε ένα περιέχει επίσης ένα λαμπερό σημείο.
Μια χούφτα από τις φθορίζουσες πρωτεΐνες που μοιάζουν με GFP που έχουν αναπτύξει οι ερευνητές. CC-BY-4.0.

Σήμερα, ένα πλήρες ουράνιο τόξο πρωτεϊνών που βασίζονται στη δομή του GFP και λειτουργούν παρόμοια είναι διαθέσιμο χάρη στα ευρήματα του Δρ. Tsien και άλλων ερευνητών. Επιπλέον, πολλές φθορίζουσες πρωτεΐνες εκτός από το GFP υπάρχουν στη φύση και επιτρέπουν σε περισσότερους από εκατό οργανισμούς εκτός από Μια ισοπαλία νίκη να λάμπει σε μια γκάμα χρωμάτων. Ωστόσο, αυτές οι πρωτεΐνες συχνά απαιτούν πρόσθετες χημικές ουσίες, ένζυμα, ή άλλες ουσίες για λάμψη, ενώ το GFP όχι, επομένως το GFP και οι πρωτεΐνες που βασίζονται σε αυτό είναι πιο απλές στη χρήση. Το GFP και τα παράγωγά του έχουν το πρόσθετο πλεονέκτημα της δέσμευσης σε μια πρωτεΐνη σε μία μόνο θέση, έτσι ώστε να μην την παραμορφώνουν και ενδεχομένως να επηρεάσουν τη λειτουργία της. Οι ερευνητές που χρηματοδοτούνται από το NIGMS χρησιμοποιούν αυτήν τη στιγμή το GFP και άλλες φθορίζουσες πρωτεΐνες για να μελετήσουν ένα ευρύ φάσμα θεμάτων, από την ανάπτυξη των κυττάρων έως την αναγέννηση και τις επιπτώσεις των εγκαυμάτων στα νεύρα και τους μύες.