Uus viis rakkude kujundamiseks: Staudingeri ligeerimine

Uus viis rakkude kujundamiseks: Staudingeri ligeerimine
Uus viis rakkude kujundamiseks: Staudingeri ligeerimine
Anonim

BERKELEY, CA – ei, "Staudingeri ligeerimine" ei ole uusim Robert Ludlumi põnevik; see on uus keemiline reaktsioon kasvavas rakutehnoloogia tehnikate arsenalis, mille on välja töötanud Carolyn Bertozzi energeetikaministeeriumi Lawrence Berkeley riiklikust laborist, elusrakkude pindade muutmise teerajaja.

Staudingeri ligeerimist kirjeldab Berkeley labori materjaliteaduste ja füüsikaliste bioteaduste osakonna liige ning California ülikooli Berkeley ülikooli keemiadotsent Bertozzi koos oma õpilase Eliana Saxoniga ajakirja Science 17. märtsi numbris..

Bertozzi ja tema kolleegid on konstrueerinud inimrakud, et kuvada markereid oligosahhariididel, komplekssetel looduslikel suhkrutel, mis tõrjuvad rakupindu. Spetsiifiliste reagentidega ligeerimise kaudu pakuvad markerid uusi viise rakkude märgistamiseks vähiravi sihtmärkideks; rakkude kleepumine mittebioloogilistele materjalidele, nagu meditsiinilised implantaadid; uute retseptorite moodustamine viiruse poolt vahendatud geeniülekandeks; ja muud funktsioonid.

Erinev alt Bertozzi varem välja töötatud ketoonimarkeritest, mis võivad esineda rakusiseste looduslike ketoonide metaboliitide mõjul, annab uus Staudingeri ligeerimine asiidmarkerid, mis reageerivad eranditult mittebioloogiliste rühmadega. Kuna asiidid (kolme lämmastikuaatomiga ühendite klass) ei reageeri ühegi teise bioloogilise molekuliga väljaspool rakku ega sees, on neil paljutõotav nii raku sisemuse kui ka pinna kujundamine.

"Kõigis rakutehnoloogias on võtmetähtsusega keemia iseloom, " ütleb Bertozzi."Me vajame reaktsioone, mis on kehatemperatuuril vesises keskkonnas stabiilsed, väga selektiivsed ja mis ei sega normaalseid rakuprotsesse ega üksteist – seda me nimetame rakukomponentide suhtes ortogonaalseteks. See tähendab, et me peab tekitama uusi reaktsioone."

Oodates reaktsiooni, mis oli sobiv alt ortogonaalne ja rakkudele kahjutu, meenus Bertozzi "üks mu lemmikreaktsioon bakalaureuseõppe keemiaklassist, Staudingeri reaktsioon – see on vapustav alt selektiivne".

Staudingeri reaktsioon, mis sai nime Saksa sünteetilise-orgaanilise keemiku Hermann Staudingeri järgi, kes pälvis 1953. aastal Nobeli preemia oma teedrajava töö eest polümeeride keemias. Staudingeri reaktsioon toimub asiidi ja fosfiini – fosforiaatomit sisaldava molekuli – vahel. Asiid eraldab kaks lämmastikuaatomit ja moodustub ühend, mida nimetatakse asaüliidiks.

Esmapilgul tundub see reaktsioon rakutehnoloogia jaoks ideaalne: ei fosfiinid ega asiiidid ei reageeri bioloogiliste molekulidega, kuid nad reageerivad kiiresti ja suure tõhususega üksteisega nii vees kui ka toatemperatuuril.Kahjuks lagunevad saadud asa-üliidid vees peaaegu sama kergesti kui tekivad.

"Küsisime end alt, kas suudaksime luua teistsuguse asa-üliidi, mis muutuks stabiilseks aduktiks. Staudingerile oleks see väljakutse meeldinud!" Bertozzi ja Saxon lisasid fosfiinile elektronide näljase süsivesikute lõksu, mis kinnitub elektronirikka asa-üliidi külge ja takistab selle vees lagunemist, tekitades seejärel stabiilse amiidsideme.

Meetod töötas laboripingis hästi, kuid Bertozzi sõnul on raku pind palju nõudlikum kui katseklaas. Nüüd pidime leidma võimaluse rakkudele asiidide paigaldamiseks."

Osaliselt seetõttu, et asiidid on väikesed funktsionaalrühmad, liidetakse need kergesti siaalhappejääkidega, suhkrutega, mis on mõnede rakupinna oligosahhariidide komponendid. Kui Bertozzi ja Saxon toitsid kultiveeritud rakke asiidirühma sisaldava siaalhappe prekursoriga, valmistasid rakud ohtr alt asiiidi sisaldavaid oligosahhariide ja kuvasid need oma pinnal.

Järgmisel kasutati asiidmarkerite otsimiseks fluorestsentssondide märgistamiseks vees lahustuvat fosfiini. Kui neil keemilistel sondidel lasti töödeldud rakkudega suhelda, muutusid rakud intensiivselt fluorestseeruvaks – fosfiinid olid leidnud asiidid.

"Oleme välja töötanud kasuliku reaktsiooni, mis põhineb bioloogilisel mandaadil: uued markerid ja reaktiivid peavad olema abiootilised ja rakkudele kahjutud, " ütleb Bertozzi. Mitu päeva kultiveeritud töödeldud rakkudel ei ilmnenud kasvukiiruse muutust, mis näitab, et ei kunstlikud suhkrud ega sondide kinnitus ei mõjutanud rakkude elujõulisust.

Kuna "Staudingeri ligeerimine", mille Bertozzi nimetas klassikalise reaktsiooni järgi, mis seda inspireeris, on potentsiaalselt kasulik rakusiseste komponentide – näiteks aminohapete, millest valke kogutakse – märgistamiseks, mida varem ei täheldatud rakus. võivad muutuda kättesaadavaks. "See annab meile uue võimaluse rakukeemia inseneritööks.Lahter on nüüd vähem must kast."

"Cell Surface Engineering By a Modified Staudinger Reaction", Eliana Saxon ja Carolyn R. Bertozzi, ilmub ajakirja Science 17. märtsi 2000. aasta numbris.

Berkeley Lab on USA energeetikaministeeriumi riiklik labor, mis asub Californias Berkeleys. See viib läbi salastamata teadusuuringuid ja seda haldab California ülikool.

Populaarne teema