Pęknięcia dwuniciowe (DSB) to rodzaj uszkodzenia DNA, w którym obie nici DNA pękają w tym samym miejscu. Mogą niekorzystnie wpływać na wzrost i funkcjonowanie komórek. Obecnie DSB są wykrywane technikami barwienia immunologicznego, które identyfikują markery towarzyszące uszkodzeniom DNA, takie jak białko γH2AX. Jednak metody te są żmudne i nie można ich stosować do wykrywania DSB w czasie rzeczywistym w żywych okazach.

W badaniu z 2023 r., opublikowanym w Badania biomateriałów, naukowcy opisują bioczujnik transferu energii rezonansu fluorescencji (FRET), który może wykrywać DSB w czasie rzeczywistym i dostarczać informacji o yH2AX w oparciu o czas i lokalizację. „Zaprojektowany przez nas bioczujnik może być przydatny w takich dziedzinach, jak leczenie raka i odkrywanie leków”, mówi profesor nadzwyczajny Tae-Jin Kim z Pusan ​​National University w Korei, który kierował badaniem.

Czujniki FRET składają się z dwóch fluorescencyjnych białek lub barwników — donora i akceptora — które badają interakcje między cząsteczkami biologicznymi. Transfer energii, a co za tym idzie ilość emitowanego światła (sygnał FRET) zależy od odległości i orientacji między dwoma barwnikami.

Naukowcy połączyli barwniki fluorescencyjne z białkami zaangażowanymi w odpowiedź komórkową na uszkodzenie DNA, a mianowicie z substratem H2AX i domeną BRCT1. Substrat H2AX jest celem dla białka H2AX do wiązania i fosforylacji (tworząc γH2AX). Z drugiej strony domena BRCT1 działa jako miejsce gromadzenia białek naprawczych, w tym γH2AX. Tak więc, gdy pojawia się DSB, γH2AX jest przyciągany do domeny BRCT1, co prowadzi do zmiany konformacyjnej białek fluorescencyjnych, powodując w ten sposób zmianę sygnału FRET.

Następnie naukowcy potwierdzili ważność czujnika, wprowadzając plazmidy (DNA, które w tym przypadku zawierają instrukcje tworzenia czujnika FRET wewnątrz komórek) kodujące czujnik FRET do ludzkich embrionalnych komórek nerki (HEK293T). W porównaniu z konwencjonalnymi technikami barwienia immunologicznego, ten bioczujnik był bardziej czuły w reagowaniu na obecność γH2AX, dzięki czemu był skuteczniejszy w wykrywaniu DSB wywołanych lekami i promieniowaniem.

„Co więcej, ponieważ zmiany w sygnale FRET dostarczają użytecznych wskazówek co do stopnia uszkodzenia DNA, czujnik może być również wykorzystywany do badania uszkodzeń i mechanizmów naprawy DNA, optymalizacji leczenia raka, odkrywania i oceny leków do naprawy DNA oraz identyfikowania czynników uszkadzających DNA w środowisko”, podsumowuje prof. Kim.

***

Odniesienie

DOI:

Autorzy: Jung-Soo Suh i Tae-Jin Kim*

Afiliacje: Pusan ​​National University, Republika Korei

O Uniwersytecie Narodowym w Pusan
Pusan ​​National University, z siedzibą w Busan w Korei Południowej, został założony w 1946 roku i jest obecnie numerem jeden. 1 narodowy uniwersytet Korei Południowej pod względem kompetencji badawczych i edukacyjnych. Uniwersytet z wieloma kampusami ma również inne mniejsze kampusy w Yangsan, Miryang i Ami. Uniwersytet szczyci się zasadami prawdy, wolności i służby i ma około 30 000 studentów, 1200 profesorów i 750 wykładowców. Uniwersytet składa się z 14 kolegiów (szkół) i jednego niezależnego wydziału, w sumie 103 wydziały.

Strona internetowa:

O autorze
Prof. Tae-Jin Kim jest profesorem nadzwyczajnym nauk biologicznych i dyrektorem Międzybiomowego Laboratorium Obrazowania Optycznego na Pusan ​​National University (PNU). Jego grupa koncentruje się na rozwoju biosensorów i zaawansowanych technik obrazowania do badania mechanizmów procesów komórkowych. Badania laboratorium mają na celu pogłębienie naszej wiedzy na temat regulacji i komunikacji szlaków sygnałowych w komórkach, a także roli sił mechanicznych w procesach komórkowych. Badania laboratorium są wysoce interdyscyplinarne, czerpiąc z dziedzin takich jak biochemia, biologia molekularna i biofizyka w celu projektowania nowych bioczujników i technologii obrazowania. Ostatecznie badania laboratoryjne mają na celu rozwiązanie ważnych problemów biologicznych i poprawę naszej zdolności do diagnozowania i leczenia chorób, takich jak rak. Przed przyjściem do PNU zajmował stanowisko PI (senior researcher) w Korea Institute of Science and Technology (KIST). W 2013 roku Tae-Jin Kim uzyskał tytuł doktora neurologii na Uniwersytecie Illinois w Urbana-Champaign.

Witryna laboratorium:

Identyfikator ORCID: 0000-0001-7678-0478