Zink ist ein essentielles Spurenelement im zellulären Milieu. Es enthält ein Drittel aller Proteine und ist an verschiedenen zellulären Prozessen beteiligt, wie z. B. Katalyse1, Transkription2 und Strukturmotive3. Obwohl sie redoxinert sind, sind hohe Zinkkonzentrationen für die Zelle toxisch, weshalb kein Säugetierorganismus ohne das Vorhandensein von Mechanismen zur Regulierung der Zinkhomöostase überlebt hat. Bei Säugetieren sind drei Mechanismen für diesen Prozess verantwortlich: (1) Metallothionine, das sind zytosolische Cystein-reiche Proteine, die Zink mit hoher Affinität binden und so einen Überschuss an freiem zytosolischem Zink verhindern4; (2) Zrt/Irt-ähnliche Proteine (ZIPs), bei denen es sich um Zinktransporter handelt, die für den Zinkeinstrom in das Zytosol durch die Plasmamembran oder aus intrazellulären Organellen verantwortlich sind 4,5,6,7,8; und (3) ZnTs, die eine Säugetier-Untergruppe der ubiquitären Familie der Kationen-Diffusions-Facilitatoren (CDF) sind und Zinktransporter sind, da sie Zink aus dem Zytosol über die Plasmamembran oder in die intrazellulären Organellen extrudieren 4,5,6,7,8,9. Aufgrund der Bedeutung von Zink für den Zellstoffwechsel ist es wichtig, die zelluläre Zinkdynamik zu verstehen.
Bisherige Methoden zur Beurteilung der Zinkdynamik beruhten auf der Bewertung der Expressionsniveaus von mRNA unter verschiedenen Zinkbedingungen, indem sie mit zellulären Zinkmessungen von fixierten Geweben oder Zellen korreliertwurden 10,11,12. Zu diesen Methoden gehören der chemische Nachweis und die immunhistochemische Färbung. Diese Methoden liefern jedoch nur indirekte Messungen und bestimmen somit nur eine Offline-Korrelation zwischen der intrazellulären Zinkkonzentration und der Expression von Zinktransportern. Folglich können diese Methoden keine Parameter ableiten, die eine hohe zeitliche Auflösung erfordern.
Für eine direktere Messung desZn2+ -Transports werden radioaktive Isotope von Zink13 verwendet. Diese Methode beruht auf der Messung von radioaktiv markiertem Zn2+ , um den Zinktransport und seine Kinetik zu überwachen. Aufgrund der Bedeutung von Zink für die zelluläre Homöostase regulieren jedoch mehrere zelluläre Prozesse die intrazelluläre Zinkkonzentration. Dazu gehören die extrazelluläre Bindung und mehrere Transportsysteme, die zusammenarbeiten, um eine strenge Kontrolle über den intrazellulärenZn2+ -Spiegel aufrechtzuerhalten. Durch die Kombination dieser Prozesse entsteht ein erhebliches Hintergrundrauschen, das es schwierig macht, einzelne zinkbezogene Transportfunktionen zu testen.
Dieser Artikel demonstriert eine Methode zur direkten Überwachung der Zinktransportrate durch Messung der intrazellulären Konzentration von freiem Zink mit einem zinkspezifischen Fluoreszenzfarbstoff, FluoZin-3. Der Farbstoff hat eine hohe Spezifität fürZn2+ und geringe Interferenzen durch andere zweiwertige Kationen, wie z. B. Kalzium. Darüber hinaus gelangt es in seiner Esterform durch nichtionische Diffusion in die Zellen und wird dann aufgrund der Aktivität der intrazellulären Diesterase gefangen. Daher korreliert seine Fluoreszenz in erster Linie mit der Konzentration des freien zytosolischen Zinks. Diese Experimente wurden durchgeführt, um die Struktur-Funktions-Beziehung von Zinktransporter 1 (ZnT1), einem Mitglied der ZnT-Familie, zu untersuchen.