Fluorescent dyes for detection of proteins of different folding degree. – Manuscript (original) (raw)

Abstract

Актуальність теми. Аналітичні методи, що базуються на використанні «зовнішніх» флуоресцентних зондів є одним з найбільш широковживаних підходів для визначення та дослідження біологічних макромолекул. На сьогодні важливим завданням є розробка високочутливих зондів для визначення білків різних типів просторової організації, зокрема частково розгорнутих конформацій та агрегаційних утворень білків. Поряд з тим процеси помилкового згортання (місфолдингу), некерованої спонтанної агрегації білків і накопичення в клітині амілоїдних агрегатів пов'язані з патогенезом ряду важких захворювань, таких як хвороби Альцгеймера, Паркінсона, Кройцфельда-Якоба. Створення люмінесцентних аналітичних методів визначення конформаційно змінених або агрегованих білків є також важливим для контролю складу та якості рекомбінантних білків. Для флуоресцентної детекції амілоїдних фібрил традиційно застосовується барвник Тіофлавін Т (Тіо Т), що має ряд обмежень для використання та недоліків, зокрема низьку відтворюваність результатів. Для визначення олігомерних агрегатів білків і частково денатурованих конформацій використовують так звані «гідрофобні зонди», анілінонафталін сульфонатні барвники ANS та bis-ANS, але недоліком цих зондів є їх дуже низька специфічність. Отже, актуальною є розробка флуоресцентних барвників, структурночутливих до білків різних типів фолдингу, створення на їх основі методів детекції, дослідження конформаційних змін, вивчення взаємодії білок-білок та білок-ліганд. Представляє практичний інтерес розробка барвників, високоспецифічних до певного класу білків, зокрема альбумінів. Оскільки зміна вмісту альбумінів є маркером протікання ряду захворювань, то кількісне визначення цих білків є одним серед найбільш розповсюджених аналізів в біомедичних та клінічних дослідженнях. Створення зондів з високою афінністю до різних сайтів альбуміну надасть можливість вивчати процеси зв'язування та транспорту біологічно активних речовин. Неспецифічне визначення протеїнів в присутності денатуруючих агентів є найбільш широковживаним методом детекції для аналізу білків, що застосовується як в методиках гель-електрофоретичного розділення, так і для їх визначення у розчині. Для цього підходу розроблено ряд зондів, зокрема стирилціаніни SYPRO, що дозволяють визначати до 2 нг білку на поліакриламідних гелях. Але оскільки цей підхід все ширше застосовується в різних методах протеоміки, існує потреба у створенні зондів, що відповідають вимогам нових методів та забезпечують швидку, ефективну та зручну процедуру детекції білків. Важливим завданням досліджень є встановлення залежностей "структурафункція" барвників та формулювання критеріїв дизайну структурно-чутливих зондів для визначення білків. Вирішенню зазначених актуальних проблем присвячена дисертаційна робота. Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація є частиною планових наукових досліджень, що виконувались у рамках держбюджетної теми "Синтез мезо-заміщених в поліметиновому ланцюгу

Loading...

Loading Preview

Sorry, preview is currently unavailable. You can download the paper by clicking the button above.

References (43)

  1. флуоресценції в присутності БСА/ДСН в розчині, але їх чутливість та стабільність в процедурі пост-електрофоретичної візуалізіції білків була невисокою. Таблиця 11
  2. Флуоресцентні характеристики найбільш ефективних барвників в системі БСА/ДСН Барвник λ зб нм λ ем нм I дсн, в.о. I 0 в.о. I дсн / I 0 SYPRO Red 544 643 800 0.65 1230 SH-0004 598 608 1770 3.1 571 SH-0175 539 553 1180 8.5 139 SH-0296 537 555 3590 10
  3. SH-1255 506 517 5360 118 45 DC-1 494 508 6730 343 19.6 Примітка. λ зб (λ ем ) -максимуми спектрів збудження / випромінювання барвників в присутності в присутності системи БСА/ДСН, I 0 (I ДНС ) -інтенсивність випромінювання вільних ціанінів та в присутності системи БСА/ДСН, I дсн / I 0 - підвищення інтенсивності випромінювання барвника в присутності системи БСА/ДСН. Триметинціанінові барвники SH-1255, SH-0413 та Fl-49 були впроваджені для практичного використання в якості зондів для візуалізації білків в гелях та їх неспецифічної детекції в розчинах. Ці барвники мають високі коефіцієнти екстинкції (від 0.84 до 1,21 10 5 M -1 см -1 ), інтенсивність їх випромінювання зростає на два порядки в присутності системи білок-ДСН, а утворені комплекси мають високі значення квантових виходів: 0.28 (SH-0413), 0.65 (Fl-49 ), та 0.87 (SH-1255). Значними перевагами розроблених барвників є їх висока чутливість, низька залежність чутливості методу від природи білка, який визначається, широкий діапазон концентрацій, в яких можливо визначати білок та зручна та швидка процедура детекції (рис. 17). Чутливість визначення білка на поліакриламідних ДСН-вмісних гелях при використанні цих барвників становить: -сконструйовано довгохвильові зонди для визначення білків у розчині для мікрорідинної системі розділення на основі індоленінових сквараїнів та пентаметинових ціанінів з циклічними групами в поліметиновому ланцюзі. СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
  4. Yarmoluk S. M. Optimized dyes for protein and nucleic acids detection // S. M. Yarmoluk, V. B. Kovalska, K. D. Volkova // Advanced Fluorescence Reporters in Chemistry and Biology III. Molecular Constructions, Polymers and Nanoparticles. - Edited by A. P. Demchenko. -Berlin/Heidelberg: Springer-Verlag, 2011. -P. 161- 201. -(Springer Series on Fluorescence: Vol. 10.).
  5. Studies of anti-fibrillogenic activity of phthalocyanines of zirconium containing out-of-plane ligands / V. Kovalska, M. Losytskyy, V.Chernii, K.Volkova, I.Tretyakova, V.Cherepanov, S.Yarmoluk, S.Volkov // Bioorganic and Medical Chemistry. -2012. -Vol. 20. -P. 330-334.
  6. Aza-substituted squaraines for the fluorescent detection of albumins / K. D.
  7. Volkova, V. B. Kovalska, M. Yu. Losytskyy, L. V. Reis, P. F. Santos, P. Almeida, D. E. Lynch, S. M. Yarmoluk // Dyes and Pigments. -2011. -Vol. 90. -P. 41-47.
  8. Mono and trimethine cyanines Cyan 40 and Cyan 2 as probes for highly selective fluorescent detection of non-canonical DNA structures / V. B. Kovalska, M. Yu. Losytskyy, S. M. Yarmoluk, I. Lubitz, A. B. Kotlyar // Journal of Fluorescence. - 2011. -Vol. 21, № 1. -P. 223-230.
  9. Studies of Interaction Between Cyanine Dye T-284 and Fibrillar Alpha-Synuclein / K. D. Volkova, V. B. Kovalska, M. Yu. Losytskyy, G. Veldhuis, G. M. J. Segers- Nolten, O. I. Tolmachev, V. Subramaniam, S. M. Yarmoluk. // Journal of Fluorescence. -2010. -Vol. 20, № 6. -P. 1267-1274.
  10. 2-Quinolone and coumarin polymethines for the detection of proteins using fluorescence /V. B. Kovalska, K. D. Volkova, A. V. Manaev M. Yu. Losytskyy, I. N. Okhrimenko, V. F. Traven, S. M. Yarmoluk // Dyes and Pigments. -2010. -Vol. 84. - P. 159-164.
  11. Studies of mono-and trimethine cyanine dyes as specific fluorescent probes for fibrillar β-lactoglobulin detection / K. D. Volkova, V. B. Kovalska, A. O. Balanda, Yu. L. Slominskii, O. I. Tolmachev, V. Subramaniam, S. M. Yarmoluk // Ukrainica Bioorganica Acta. -2008. -Vol. 6, № 2. -С. 15-21.
  12. Explorations of the application of cyanine dyes for quantitative alpha-synuclein detection / K. D. Volkova, V. B. Kovalska, G. M. Segers-Nolten, G. Veldhuis, V. Subramaniam, S. M. Yarmoluk // Biotechnic & Histochemistry. -2008. -Vol. 84, №
  13. Studies of benzothiazole and benzoselenazole squaraines as fluorescent probes for albumins detection / K. D. Volkova, V. B. Kovalska, M. Yu. Losytskyy, A. Bento, L. V. Reis, P. F. Santos, P. Almeida, S. M. Yarmoluk // Journal of Fluorescence. -2008. - Vol. 18, № 5. -P. 877-882.
  14. Yarmoluk S. M. Symmetric cyanine dyes for detecting nucleic acids / S. M. Yarmoluk, V. B. Kovalska, M. Yu. Losytskyy // Biotechnic. and Histochemistry. - 2008. -Vol. 83, № 3-4.
  15. Specific fluorescent detection of fibrillar α-synuclein using mono-and trimethine cyanine dyes / K. D. Volkova, V. B. Kovalska, A. O. Balanda, M. Yu Losytskyy, A. G. Golub, R. J. Vermeij, V. Subramaniam, O. I. Tolmachev, S. M. Yarmoluk // Bioorganic and Medicinal Chemistry. -2008. -Vol. 16, № 3. -P.1452-1459.
  16. Volkova K. D. Modern techniques for protein detection on polyacrylamide gels: problems arising from the use of dyes of undisclosed structures for scientific purposes / K. D. Volkova, V. B. Kovalska, S. M. Yarmoluk // Biotechnic and Histochemistry. - 2007. -Vol. 82, № 4-5.
  17. Cyanine dye-protein interactions: looking for fluorescent probes for amyloid structures / K. D. Volkova, V. B. Kovalska, A. O. Balanda, R. J. Vermeij, V. Subramaniam, Yu. L. Slominskii, S. M. Yarmoluk // Journal of Biochemical and Biophysical Methods. -2007. -Vol.70, № 5. -P.727-733.
  18. Novel, monomeric cyanine dyes as reporters for DNA helicase activity / C. Xu, M. Yu. Losytskyy, V. B. Kovalska, D. V. Kryvorotenko, S. M. Yarmoluk, S. McClelland, P. R. Bianco // Journal of Fluorescence. -2007. -Vol. 17, № 6. -P. 671-685.
  19. Синтез і спектральні дослідження стирилціанінів на основі 4-оксо-4,6,7,8- тетрагідропіроло[1,2-а]тієно[2,3-d]піримідину та 5-оксо-1,2,3,5- тетрагідропіроло[2,1-b]хіназоліну / А. О. Баланда, К. Д. Волкова, В. Б. Ковальська, В. П. Токар, С. М. Ярмолюк // Ukrainica Bioorganica Acta. - 2006. -Vol. 4, № 2. -P. 10-15.
  20. Synthesis and spectral-luminescent studies of novel 4-oxo-4,6,7,8- tetrahydropyrrolo[1,2-a]thieno[2,3-d]pyrimidinium styryls as fluorescent dyes for biomolecules detection / A. O. Balanda, K. D. Volkova, V. B. Kovalska, M. Yu. Losytskyy, V. P. Tokar, V. M. Prokopets, S. M. Yarmoluk // Dyes and Pigments. -2007. -Vol. 75, № 1. -P. 25-31.
  21. Spectroscopic study of squaraines as protein-sensitive fluorescent dyes / K. D. Volkova, V. B. Kovalska, A. L. Tatarets, L. D. Patsenker, D. V. Kryvorotenko, S. M. Yarmoluk // Dyes and Pigments. -2007. -Vol. 72, № 3. -P. 285-292.
  22. Синтез и спектрально-люминесцентные свойства фталоцианиновых комплексов Zr (IV) и Hf (IV) с внеплоскостно-координированным 4-[(Е)-2-(3,4- дигидроксифенил)винил]-1-метилхинолин метилсульфатом / В. Я. Черний, Л. А. Томачинская, И. Н. Третьякова, В. Б. Ковальская // Украинский химический журнал. -2005. -Т.71, № 11-12. -C. 55-59.
  23. Studies of monomeric and homodimeric oxazolo[4,5-b]pyridinium cyanine dyes as fluorescent probes for nucleic acids visualization / V. B. Kovalska, V. P. Tokar, M. Yu. Losytskyy, T. Deligeorgiev, A. Vassilev, N. Gadjev, K.-H. Drexhage, S. M. Yarmoluk // Journal of Biochemical and Biophysical Methods. -2006. -Vol. 68, № 3. -P. 155-165.
  24. Fluorescence of styryl dyes-DNA complexes induced by single-and two-photon excitation / V. P. Tokar, M. Yu. Losytskyy, V. B. Kovalska, D. V. Kryvorotenko, A. O. Balanda, V. M. Prokopets, M. P. Galak, I. M. Dmytruk, V. M. Yashchuk, S. M. Yarmoluk // Journal of Fluorescence. -2006. -Vol. 16, № 6. -P. 783-791.
  25. Novel styrylcyanines and their dimers as fluorescent dyes for nucleic acids detection: synthesis and spectral-luminescent studies / A. O. Balanda, K. D. Volkova, V. B. Kovalska, M. Yu. Losytskyy, S. S. Lukashov, S. M. Yarmoluk // Ukrainica Bioorganica Acta. -2006. -Vol. 4, № 1. -P. 17-29.
  26. Synthesis of novel fluorescent styryl dyes based on the imidazo[1,2-a]pyridinium chromophore and their spectral-fluorescent properties in the presence of nucleic acids and proteins / V. B. Kovalska, M. Yu. Losytskyy, D. V. Kryvorotenko, A. O. Balanda, V. P. Tokar, S. M. Yarmoluk // Dyes and Pigments. -2006. -Vol. 68, № 1. -P. 39- 45.
  27. New method for covalent fluorescent biomolecule labeling with hemicyanine dye / O. M Kostenko; V. B Kovalska; K. D Volkova, P.Shaytanov, I. O. Kocheshev, Y. L Slominskiy, I. V Pisareva, S. M Yarmoluk // Journal of Fluorescence -2006 -Vol. 16. -P. 589-593.
  28. Studies on the spectral-luminescent properties of the novel homodimer styryl dyes in complexes with DNA / V. B. Kovalska, I. O. Kocheshev, D. V. Kryvorotenko, A. O.
  29. Balanda, S. M. Yarmoluk // Journal of Fluorescence. -2005. -Vol. 15, № 3. -P. 215- 219.
  30. Fluorescent homodimer styrylcyanines:synthesis and spectral-luminescent studies in nucleic acids and protein complex / V. B. Kovalska, D. V. Kryvorotenko, A. O. Balanda, M. Yu. Losytskyy, V P. Tokar, S. M. Yarmoluk // Dyes and Pigments. - 2005. -Vol. 67, № 1. -P. 47-54.
  31. Patent Application Publication WO 2011/065980 A2. Dyes for analysis of protein aggregation / W. Patton, S. M. Yarmoluk, P.Pande, V.B. Kovalska, D.Lijun, K.Volkova, J. Coleman, M.Losytskyy, A.Ludlum, A.Balanda. -03.06.2011.
  32. Patent Application Publication WO 2008/027821 A1. Use of squaraine dyes to visualize protein during separations / T. R. Berkelman, S. M. Yarmoluk, V. B. Kovalska, M. Yu. Losytskyy, K. D. Volkova. -06.03.2008.
  33. Patent US2006207881. Detection of polyamino acids using trimethincyanine dyes / V. B. Kovalska, D. V. Kryvorotenko, M. Yu. Losytskyy, P. Nording, A. Rueck, B. Schoenenberger, S. M. Yarmoluk, F. Wah. -21.09.2006. Вибрані тези доповідей
  34. Spectroscopic study of squaraines as protein sensitive fluorescent dyes/ K.D.Volkova, V.B. Kovalska, A.L. Tartarets, L. D. Patsenker, D. V. Kryvorotenko, S.M. Yarmoluk// 9th International Conference of Methods and Applications of Fluorescence (MAF 9), 4-7 September 2005, Lisbon, Portugal: Book of Abstr. -P.256.
  35. V. B. Kovalska, M. Yu. Losytskyy, D. V. Kryvorotenko, B. Schoenenberger, S. M. Yarmoluk. // XXIst IUPAC Symposium on Photochemistry, 2-7 April 2006, Kyoto, Japan.: Book of Abstr-P. 220.
  36. Cyanine dyes as novel fluorescent probes for selective amyloid proteins detection / K. D. Volkova, V. B. Kovalska, A. O. Balanda, R. J. Vermeij, S. M. Yarmoluk // First Asian Spectroscopy Conference & Asian Biospectroscopy Conference, 29 January -3 February, 2007, Bangalore, India: Book of Abstr. -P. 208.
  37. Symmetric benzothiazole and benzoselenazole squaraine dyes as fluorescent probes for proteins detection / V. B. Kovalska, K. D. Volkova, A. Bento, L. V. Reis, P. F. Santos, P. Almeida, S. M. Yarmoluk // The 10th Conference on Methods an Applications of Fluorescence: Spectroscopy, Imaging and Probes (MAF 10) 9 -12 September 2007, Salzburg, Austria: Book of Abstr. -P.145.
  38. Studies of T-284 and SH-516 cyanine dyes as fluorescent probes for specific α- synuclein fibrils detection / K. D. Volkova, V. B. Kovalska, V. Subramaniam, S. M. Yarmoluk // Bridges in Life Sciences, 4-5 October 2008, Zagreb, Croatia: Annual Scientific Review. -P. 42.
  39. Studies of сyanine dyes as fluorescent probes for specific detection of amyloid protein formations / V. B. Kovalska , K. D. Volkova, I. Segers-Nolten, V. Subramaniam, S. Yarmoluk // The 12-th Annual Meeting of the Israel Analytical Chemistry Society, 20-21 January 2009, Tel-Aviv, Israel: Book of Abstr., -P 108.
  40. Fluorescent amyloid-specific trimethine cyanine dyes for insulin aggregation inhibitor assay / K. D. Volkova, K. O.Fal, V. B. Kovalska, A. O. Balanda, N. O. Derevyanko, Yu. L. Slominskii, O. I.Tolmachev, S. M.Yarmoluk // 11 th Conference on Methods and Applications of Fluorescence, 6-9 September 2009, Budapest, Hungary: Book of Abstr. -P.151.
  41. Studies of phthalocyanines with out-planed ligands as inhibitors of amyloid fibrils formation / V. Kovalska , K. Volkova, V. Chernii, M. Losytskyy, I. Tretyakova, S. Yarmoluk, S. Volkov // The 10 th International Conference on Alzheimer's&Parkinson's Diseases (AD/PD 2011), 9-13 March 2011, Barcelona, Spain: Abstr.-P. 139.
  42. Cyanine dyes as fluorescent probes for detection of oligomeric aggregates of α- synuclein / V. B. Kovalska, M. Yu. Losytskyy, O. I. Tolmachev, Yu. L. Slominskii, V. Subramaniam, S. M. Yarmoluk // Тезисы докладов, 2011, Харьков, Украина. -С. 71-72.
  43. Using of pentamethine dye 2904y for the detection of conformational changes of beta-lactoglobuline / V. B. Kovalska, M. Yu. Losytskyy, Yu. L. Slominskii, S. M.