Zink is een essentieel sporenelement in het cellulaire milieu. Het bevat een derde van alle eiwitten en is betrokken bij verschillende cellulaire processen, zoals katalyse1, transcriptie2 en structurele motieven3. Ondanks dat ze redox-inert zijn, zijn hoge zinkconcentraties echter giftig voor de cel, en daarom heeft geen enkel zoogdierorganisme overleefd zonder de aanwezigheid van mechanismen die de zinkhomeostase reguleren. Bij zoogdieren zijn drie mechanismen verantwoordelijk voor dit proces: (1) metallothioneïnen, cytosolische cysteïnerijke eiwitten die zink met een hoge affiniteit binden, waardoor een teveel aan vrij cytosolisch zink wordt voorkomen4; (2) Zrt/Irt-achtige eiwitten (ZIP's), die zinktransporters zijn die verantwoordelijk zijn voor de instroom van zink in het cytosol via het plasmamembraan of uit intracellulaire organellen 4,5,6,7,8; en (3) ZnT's, die een zoogdiersubset zijn van de alomtegenwoordige kationdiffusiefacilitator (CDF)-familie en zinktransporters zijn, omdat ze zink uit het cytosol over het plasmamembraan of in de intracellulaire organellen extruderen 4,5,6,7,8,9. Vanwege het belang van zink voor het cellulaire metabolisme, is het van vitaal belang om de cellulaire zinkdynamiek te begrijpen.
Eerdere methoden om de zinkdynamiek te beoordelen, waren afhankelijk van het beoordelen van de expressieniveaus van mRNA onder verschillende zinkomstandigheden door ze te correleren met cellulaire zinkmetingen van vaste weefsels of cellen10,11,12. Deze methoden omvatten chemische detectie en immunohistochemische kleuring. Deze methoden leveren echter slechts indirecte metingen op en bepalen dus alleen een offline correlatie tussen de intracellulaire zinkconcentratie en de expressie van zinktransporters. Bijgevolg kunnen deze methoden geen parameters afleiden die een hoge temporele resolutie vereisen.
Een meer directe meting van het Zn2+ transport maakt gebruik van radioactieve isotopen van zink13. Deze methode is gebaseerd op de meting van radioactief gelabeld Zn2+ om het zinktransport en de kinetiek ervan te monitoren. Vanwege het belang van zink voor cellulaire homeostase reguleren meerdere cellulaire processen echter de intracellulaire zinkconcentratie. Hiertoe behoren extracellulaire binding en verschillende transportsystemen die samenwerken om de intracellulaire Zn2+- niveaus strak onder controle te houden. De combinatie van deze processen zorgt voor veel achtergrondgeluid, wat het moeilijk maakt om individuele zinkgerelateerde transportfuncties te testen.
Dit artikel demonstreert een methode om de zinktransportsnelheid direct te controleren door de intracellulaire vrije zinkconcentratie te meten met behulp van een zinkspecifieke fluorescerende kleurstof, FluoZin-3. De kleurstof heeft een hoge specificiteit voor Zn2+ en weinig interferentie van andere tweewaardige kationen, zoals calcium. Bovendien komt het in zijn estervorm de cellen binnen door niet-ionische diffusie en wordt het vervolgens gevangen door de activiteit van intracellulair di-esterase. De fluorescentie is dus voornamelijk gecorreleerd met de vrije cytosolische zinkconcentratie. Deze experimenten werden uitgevoerd om de structuur-functierelatie van zinktransporter 1 (ZnT1), een lid van de ZnT-familie, te bestuderen.