Одномолекулярная визуализация, метод, который использует флуоресцентные маркеры для точного отслеживания белков, играет решающую роль в клеточной биологии, биохимии, молекулярной биологии и разработке лекарств. Однако использование обычных органических флуорофоров было затруднено из-за их низкой фотостабильности. Проблема фотообесцвечивания - потери флуоресценции при длительном воздействии света - затрудняет отслеживание белков внутри клеток или мониторинг сложных биологических процессов в течение длительных периодов времени.

Исследовательская группа профессора Сон Хо Рю из POSTECH сделала случайное, но новаторское открытие при проведении визуализации одиночных молекул: ультрафотостабильная флуоресцентная молекула, появившаяся в результате явления фотооблучения. В сотрудничестве с командой профессора Янг-Тэ Чанга они определили его структуру с помощью масс-спектрометрии и анализа ядерного магнитного резонанса, назвав его Phoenix Fluor 555 (PF555).

PF555 обладает значительно большей фотостабильностью, чем существующие флуоресцентные красители, что делает его высокоэффективным для отслеживания как отдельных белков на уровне одной молекулы, так и нескольких белков одновременно на объемном уровне. Примечательно, что на PF555 не влияет концентрация кислорода, и он обладает длительным сроком службы при фотообесцвечивании.

Используя PF555, исследовательская группа смогла наблюдать биологические процессы, которые ранее невозможно было отследить, включая эндоцитоз и белковые взаимодействия. Их результаты показали, что рецептор эпидермального фактора роста (EGFR) - ключевой регулятор роста и дифференцировки клеток - существует в двух различных состояниях: в одном, в котором он остается в ловушке внутри структур, покрытых клатрином (CCS) на клеточной мембране, и в другом, где он перемещается по своему окружению. Это говорит о том, что EGFR активно ориентируется в окружающей среде, потенциально обнаруживая внешние сигналы или облегчая молекулярные взаимодействия. Благодаря непревзойденной фотостабильности PF555 исследователи смогли отследить полный процесс эндоцитоза и рециркуляции EGFR, что было затруднительно при использовании обычных флуоресцентных красителей.

Профессор Сон Хо Рю отметил: "PF555 - это сверхстабильный органический флуорофор, о котором не сообщалось ранее. Это позволит исследователям наблюдать биологические явления, которые когда-то были ограничены временными рамками". Профессор Янг-Тэ Чанг добавил: "Исключительная стабильность PF555 устанавливает новый стандарт для органических флуорофоров", подчеркивая его широкое применение в разработке лекарств, диагностике заболеваний и клеточной визуализации.

Это исследование было проведено профессором Сон Хо Рю, доктором До-Хен Кимом и доктором Хонг Мин Триет из департамента наук о жизни POSTECH в сотрудничестве с профессором Янг-Тхэ Чангом из химического факультета и доктором Сун Хек Ли из Высшей школы конвергентных наук и технологий. Их результаты были недавно опубликованы в Nature Methods, всемирно признанном журнале биохимических исследований. Это исследование было поддержано Национальным исследовательским фондом Кореи, Институтом фундаментальных наук и Глокальным университетом 30.