Una nuova sonda sintetica offre un approccio sicuro e diretto per visualizzare le punte dei cromosomi nelle cellule viventi. La sonda è stata progettata dagli scienziati dell'Institute for Integrated Cell-Material Science (iCeMS) e dai colleghi dell'Università di Kyoto, e potrebbe far progredire la ricerca sull'invecchiamento e su un'ampia gamma di malattie, compresi i tumori. I dettagli sono stati pubblicati nel Giornale della Società Chimica Americana .

"Le estremità dei cromosomi sono costantemente a rischio di degradazione e fusione, quindi sono protetti da strutture chiamate telomeri, che sono fatti di sequenze di DNA ripetitive lunghe e proteine ​​legate, " afferma il biologo chimico iCeMS Hiroshi Sugiyama, che ha condotto lo studio. "Se i telomeri funzionano male, non sono in grado di mantenere la stabilità cromosomica, che può portare a malattie come il cancro. Anche, i telomeri normalmente si accorciano ad ogni divisione cellulare fino a raggiungere il loro limite, causando la morte cellulare."

Visualizzazione dei telomeri, in particolare le loro disposizioni fisiche in tempo reale, è importante per comprendere la loro rilevanza per la malattia e l'invecchiamento. Esistono già diversi approcci di visualizzazione, ma hanno degli svantaggi. Per esempio, alcuni possono osservare solo i telomeri conservati, o fisso, cellule. Altri richiedono molto tempo o comportano trattamenti severi che denaturano il DNA.

Sugiyama e i suoi colleghi hanno superato questi problemi utilizzando una sonda sintetica pirrolo-imidazolo poliammide (PIP) in grado di fornire con precisione un composto fluorescente ai telomeri sulle punte dei cromosomi.

"I PIP sono una classe di piccole molecole costituite da molecole di pirrolo e imidazolo che possono essere preprogrammate per legarsi a una sequenza di DNA selezionata, " spiega Yutaro Tsubono, il primo autore di questo studio.

Il team ha progettato un PIP che prende di mira la sequenza ripetuta del DNA trovata nei telomeri. Un composto fluorescente, chiamato silicio-rodamina, era allegato al PIP. La sonda, chiamato SiR-TTet59B, si lega ai telomeri nelle cellule viventi. Quando la luce del vicino infrarosso a bassa intensità viene illuminata sulle cellule, il silicio-rodamina emette fluorescenza, mostrando i telomeri in azione.

"Il nostro studio su questo programmabile, la sonda nel vicino infrarosso crea opportunità per utilizzare queste molecole in applicazioni biologiche e mediche, ", afferma il bioingegnere iCeMS Ganesh Pandian Namasivayam.

Il team ha usato la sonda per osservare la dinamica dei telomeri durante le diverse fasi della divisione cellulare e per misurare la lunghezza dei telomeri misurando l'intensità della fluorescenza. Essere in grado di visualizzare la lunghezza dei telomeri è stato sia sorprendente che eccitante, dice Namasivayam, poiché può essere sviluppato per creare un approccio efficiente e robusto per rilevare un grave accorciamento dei telomeri nelle malattie, come la degenerazione retinica legata all'età, con luce a basso consumo.

Poiché i PIP possono essere progettati per colpire qualsiasi sequenza di DNA nel genoma cambiando la loro disposizione, gli scienziati prevedono che l'approccio può essere adattato per realizzare sonde fluorescenti nel vicino infrarosso per visualizzare altre importanti sequenze di DNA legate alla malattia.