ЗАСТОСУВАННЯ СТИРИЛОВОГО ТА СКВАРАЇНОВОГО БАРВНИКІВ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ КОНФОРМАЦІЙНИХ ЗМІН У МОЛЕКУЛАХ ПРОТЕЇНІВ
DOI:
https://doi.org/10.18524/2304-0947.2020.3(75).212477Ключові слова:
FRET, стириловий барвник, сквараїновий барвник, альбуміни, зміни конформаціїАнотація
Досліджено спектральні властивості та FRET між двома барвниками, що мають поглинання у різних областях спектру, та оцінено можливість використання такої FRET-пари для визначення конформаційних змін у протеїнах. У якості донора використовували стириловий барвник (St), який поглинає в блакитній області спектру, а в якості акцептору ― довгохвильовий сквараїн (Sq). Властивості St та Sq досліджено в полярному (фосфатний буфер), неполярному (хлороформ) середовищах та при нековалентному зв'язуванні з альбумінами BSA та HSA, а також вивчено вплив змін конформації цих протеїнів на спектральні властивості барвників та ефективність переносу енергії. Виявлено, що полярність середовища по-різному впливає на флуоресцентні властивості досліджених барвників: стириловий барвник має позитивний сольватофлуорохромізм, а сквараїн – негативний, але обидва барвника проявляють негативний сольватохромізм, а їх квантові виходи флуоресценції різко зростають у менш полярному оточенні. Незважаючи на спектральні відмінності комплексів St з різними альбумінами, їх квантові виходи співпадають, а у випадку сквараїну квантовий вихід для Sq-HSA майже у 2 рази вищій за Sq-BSA. При зміні конформації протеїнів барвники переходять до водної фази, внаслідок чого інтенсивність їх флуоресценції знижується майже до рівня флуоресценції вільного барвника у фосфатному буфері. В спектрах флуоресценції комплексів альбумінів з обома барвниками одночасно присутні дві смуги, що відповідають донору та акцептору. Встановлено, що ефективність переносу енергії між барвниками для HSA змінюється в 11.5 рази, а для BSA лише в 2.1 рази, тобто, за допомогою пари барвників St–Sq можлива реєстрація зміни конформації протеїнів, однак ефективність FRET між барвниками залежить від властивостей протеїну, що досліджується.
Посилання
Sanchez-Rico C., Voith von Voithenberg L., Warner L., Lamb C.D., Sattler M. Effects of fluorophore attachment on protein conformation and dynamics studied by spFRET and NMR. Chemistry, 2017, vol. 23, no 57, pp. 14267–14277. https://doi.org/10.1002/chem.201702423
Komatsu N., Terai K., Imanishi A., Kamioka Y., Sumiyama K., Jin T., Okada Y., Nagai T., Matsuda M. A platform of BRET-FRET hybrid biosensors for optogenetics, chemical screening, and in vivo imaging. Sci. Rep., 2018, vol. 8, 8984. https://doi.org/10.1038/s41598-018-27174-x
Govor I.V., Tatarets A.L., Obukhova O.M., Terpetschnig E.A., Gellerman G., Patsenker L.D. Tracing the conformational changes in BSA using FRET with environmentally-sensitive squaraine probes. Methods Appl. Fluoresc., 2016, vol. 4, no 2, 024007. https://doi.org/10.1088/2050-6120/4/2/024007
Hovor I.V., Obukhova O.M., Tatarets A.L., Kolosova O. S., Patsenker L.D. Vplyv konformacijnyh zmin u molekuli albuminu (bsa) na spektralni vlastyvosti skvarainovogo ta dycianometylen-skvarainovogo barvnykiv [The impact of conformational changes in albumin molecule (BSA) on the spectral properties of squaraine and dicyanomethylene squaraine dyes]. Visn. Odes. nac. univ. Him., vol. 23, no. 3, pp. 67-79. https://doi.org/10.18524/2304-0947.2018.3(67).140802 (in Ukrainian)
Sanderson M. J., Smith I., Parker I., Bootman M. D. Fluorescence Microscopy. Cold Spring Harbor Protocols, 2014, vol. 10, pp. 1042-1065. https://doi.org/10.1101/pdb.top071795
Brennan J.M., Hollingshead S.E., Wilker J.J., Liu J.C. Critical factors for the bulk adhesion of engineered elastomeric proteins. R. Soc. Open. Sci., 2018, vol. 5, 171225. https://doi.org/10.6084/m9. figshare.c.4079948
Das A., Mukhopadhyay Ch. Urea-Mediated Protein Denaturation: A Consensus View. J. Phys. Chem. B, 2009, vol. 113, pp. 12816–12824. https://doi.org/10.1021/jp906350s
Dubur G. Y., Dobretsov G. E., Deme A. K., Dubure R. R., Lapshin E. N., Spirin M. M. Fluorescent probes based on styrylpyridinium derivatives: optical properties and membrane binding. J. Biochem. Biophys. Methods., 1984, vol. 10, pp. 123-134. https://doi.org/10.1016/0165-022x(84)90032-0
Volkova K.D., Kovalska V.B., Tatarets A.L., Patsenker L.D., Kryvorotenko D.V., Yarmoluk S.M. Spectroscopic study of squaraines as protein-sensitive fluorescent dyes. Dyes and Pigments, 2007, vol.72, Iss. 3, pp. 285–292. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2005.09.007
Lakowicz J.R. Principles of Fluorescence Spectroscopy. – 3rd ed., Springer, 2006, 960 p.
Mishra A., Behera R.K., Behera P.K., Mishra B.K., Behera G.B. Cyanines during the 1990s: A Review. Chem. Rev, 2000, vol. 100, no. 6, pp. 1973–2012. https://doi.org/10.1021/cr990402t
Chang-Ying Y., Yi L., Dan Zh., Jun-Cheng Z., Jie D. Luminescence of aniline blue in hydrophobic cavity of BSA. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 2007, vol. 188, pp. 51–55. https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2006.11.017
Xing P., Niu Y., Mu R., Wang Z., Xie D., Li H., Dong L., Wang C. A pocket-escaping design to prevent the common interference with near-infrared fluorescent probes in vivo. Nature Communications, 2020, vol. 10, 1573. https://doi.org/10.1038/s41467-020-15323-8
Gelamo E.L., Tabak M. Spectroscopic studies on the interaction of bovine (BSA) and human (HSA) serum albumins with ionic surfactants. Spectrochimica Acta Part A, 2000, vol. 56, pp. 2255–2271. https://doi.org/10.1016/S1386-1425(00)00313-9
Akdogan Y., Reichenwallner J., Hinderberger D. Evidence for Water-Tuned Structural Differences in Proteins: An Approach Emphasizing Variations in Local Hydrophilicity. PLoS ONE, 2012, vol. 7, iss. 9, e45681. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0045681
Mukherjee S. K., Gautam S., Biswas S., Kundu J., and Chowdhury P. K. Do Macromolecular Crowding Agents Exert Only an Excluded Volume Effect? A Protein Solvation Study. J. Phys. Chem. B, 2015, vol. 119, pp. 14145−14156. https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.5b09446
Kumaran R., Ramamurthy P. Denaturation Mechanism of BSA by Urea Derivatives: Evidence for Hydrogen-Bonding Mode from Fluorescence Tools. J. Fluoresc., 2011, vol. 217, pp. 1499–1508. https://doi.org/10.1007/s10895-011-0836-0
Bennion B.J., Daggett V. The molecular basis for the chemical denaturation of proteins by urea. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2003, vol. 100, no. 9, pp. 5142–5147. https://doi.org/10.1073/pnas.0930122100
Boeris V., Farruggia B., Romanini D., Picó G. How flexible polymers interact with proteins and its relationship with the protein separation method by protein–polymer complex formation. The Protein Journal, 2009, vol. 28, iss. 5, pp. 233–239. https://doi.org/10.1007/s10930-009-9188-x
Itri R., Caetano W., Barbosa L.R.S., Baptista M.S. Effect of Urea on Bovine Serum Albumin in Aqueous and Reverse Micelle Environments Investigated by Small Angle X-Ray Scattering, Fluorescence and Circular Dichroism. Brazilian Journal of Physics, 2004, v. 34, no. 1, pp. 58–63. https://doi.org/10.1590/S0103-97332004000100009.
Zhang T., Li D. Influences of urea and pH on the interaction of cinchonidine with bovine serum albumin by steady state fluorescence spectroscopy. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 2013, vol. 112, pp. 15–20. https://doi.org/10.1016/j.saa.2013.04.032
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2020 Вісник Одеського національного університету. Хімія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
Правовласниками опублікованого матеріалу являються авторський колектив та засновник журналу на умовах, що визначаються видавничою угодою, що укладається між редакційною колегією та авторами публікацій. Ніяка частина опублікованого матеріалу не може бути відтворена без попереднього повідомлення та дозволу автора.
Публікація праць в Журналі здійснюється на некомерційній основі. Комісійна плата за оформлення статті не стягується.
