voimaa muovit - Kemia-lehti

Kooste: JariKoponen. Proteiinientertiäärirakennekuvat: RCSBProtein Data Bank.Meduusa tarvitsee vihreän valon tuottamiseen kahta proteiinia. Aequoriini aktivoituukalsiumionien pitoisuustason muutoksen vaikutuksesta ja lähettää sinistä valoa. Sepuolestaan absorboituu GFP:n kromoforiosaan (kuvassa ”tynnyrin” keskellä), joka viritystilanlauettua loistaa vihreää valoa.eliössä tai solussa kulkeutuvat.Seuraavaksi luonnon GFP:tä ryhdyttiinparantelemaan. GFP-geenin mutaatioidenavulla on muun muassa parannettu proteiininsäteilyn kirkkautta ja sen stabiiliutta.Eräällä muunnoksella GFP-geenin ilmentyminenon erityisen tehokasta nisäkkäidensoluissa.Rakenteiden muodostumisen lisäksiGFP:n avulla voidaan seurata esimerkiksisolujen liikkumista ja proteiinien kulkeutumistasolukalvojen läpi. Stabiili kirkkausmahdollistaa myös kohdeproteiinin pitoisuudenmäärittämisen: mitä suurempi säteilynintensiteetti, sitä enemmän proteiinia.Väripaletti laajeneeSeuraava askel eteenpäin otettiin, kunGFP:stä kehitettiin muunnoksia, jotka säteiliväteri aaltoalueilla. Ensimmäisinä saatiinaikaan sinisenä ja sinivihreänä, myöhemminkeltaisena fluorisoiva muunnos. Keskeisenätutkijana työssä toimi Roger Tsien, kolmastuleva nobelisti.Punainen väri osoittautui vaikeaksi saavuttaa.Punainen valo on kuitenkin tärkeä,koska se läpäisee hyvin biologisia kudoksiaja näkyy siten syvemmältä. Ratkaiseva löytöoli erään korallin punainen proteiini, jonkaTsien ryhmineen muokkasi käyttökelpoiseksimarkkeriaineeksi.Nykyään valittavissa on jo parikymmentäerilaista fluorisoivaa proteiineia, joiden tuottamavalo kattaa koko näkyvän valon alueen.Kirjon ansiosta eri proteiinit voidaan merkitäeri väreillä ja seurata niitä samanaikaisesti.Siten voidaan tutkia esimerkiksi aivojenhermosolujen kytkeytymistä toisiinsa.Värit avasivat uusia alueita tutkittaviksifluorisoivilla proteiineilla. 2000-luvun aikanaon kehitetty aivan uudentyyppisiä muunnoksia,joiden ansiosta voidaan jo puhuaGFP-vallankumouksen toisesta vaiheesta.Elämän arvoitus aukeaaUudet fluorisoivat proteiinit tarjoavat kipeästikaivattuja työkaluja proteomiikan tutkijoille.Proteiinien elinaikaa tai tuottonopeuttaei voida selvittää tavallisilla GFP:illä,sillä kaikenikäiset proteiinit loistavat samallatavalla: niillä on vain päälle-kytkin. UudentyyppisetGFP-molekyylit sen sijaan voidaanlaserpulsseilla kytkeä myös pois päältä.Näin merkityn proteiinijoukon ikää ja käyttäytymistävoidaan tutkia, sillä vain ne näkyvätmikroskoopissa.Tuoreisiin muunnoksiin kuuluu fluorisoivamolekyyli, joka pilkkoutuu nopeasti, jolloinnähtävillä ovat vain uudet molekyylit.Toisen molekyylin lähettämän valon väritaas muuttuu ajan myötä esimerkiksi vihreästäpunaiseksi. Proteiinin ikä voidaan laskeakahden värin fluoresenssien suhteesta.Fluorisoivien proteiinien hyödyntämisenovat mahdollistaneet erityisesti fluoresenssimikroskopiaja konfokaalimikroskopia, jotkaovat kehittyneet huimin askelin.Toinen keskeinen tekijä on ohjaus-, laskenta-ja mallinnusohjelmissa tapahtunutkehitys. Ohjelmat ovat välttämättömiä sekämikroskooppien käytössä että niiden tuottamaaoptista dataa analysoitaessa.GFP kaikkine muunnoksineen tuottaa tietoa,jonka ansiosta saadaan entistä tarkempikuva solun proteiinien paikallisesta ja ajallisestatoiminnasta. Korvaamaton hyöty koituugenetiikalle, proteomiikalle, solu-, molekyyli-,rakenne- ja kehitysbiologialle sekälääketieteelle.Entä mitä kuuluu Aequorea victorialle?Meduusan vielä 1970-luvulla runsaat kannatovat romahtaneet. Emme tiedä, onko syynäluonnollinen vaihtelu vai onko kyse jostainmuusta. Joka tapauksessa valtameren vihreätvälähdykset ovat auttaneet meitä lähemmäselämän arvoituksen ratkaisua.Kirjoittaja on kemisti ja vapaa toimittaja.Ylin kuva: Osamu Shimomura on tehnyturansa Meribiologian laboratoriossaja Bostonin yliopistossa USA:nMassachusettsissa.Keskikuva: Martin Chalfie on newyorkilaisenColumbian yliopiston professori.Alin kuva: Roger Tsien toimii tutkijanaKalifornian yliopistossa San Diegossa.Victor V. Chen Eileen BarrosoTom KleindinstKemia-Kemi Vol. 35 (2008) 7 17