Цинк является важным микроэлементом в клеточной среде. Он включает в себя одну треть всех белков и участвует в различных клеточных процессах, таких как катализ1, транскрипция2 и структурные мотивы3. Однако, несмотря на окислительно-восстановительную инертность, высокие концентрации цинка токсичны для клетки, поэтому ни один организм млекопитающих не выжил без наличия механизмов, регулирующих гомеостаз цинка. У млекопитающих за этот процесс ответственны три механизма: (1) металлотионеины, которые представляют собой цитозольные белки, богатые цистеином, которые связывают цинк с высоким сродством, тем самым предотвращая избыток свободного цитозольного цинка4; (2) Zrt/Irt-подобные белки (ZIP), которые являются транспортерами цинка, ответственными за приток цинка в цитозоль через плазматическую мембрану или из внутриклеточных органелл 4,5,6,7,8; и (3) ZnT, которые являются подмножеством млекопитающих семейства фасилитаторов диффузии катионов (CDF) и являются переносчиками цинка, поскольку они выдавливают цинк из цитозоля через плазматическую мембрану или во внутриклеточные органеллы 4,5,6,7,8,9. Из-за важности цинка для клеточного метаболизма жизненно важно понимать клеточную динамику цинка.
Предыдущие методы оценки динамики цинка основывались на оценке уровней экспрессии мРНК в различных условиях цинка путем корреляции их с клеточными измерениями цинка в фиксированных тканях или клетках10,11,12. Эти методы включают химическое обнаружение и иммуногистохимическое окрашивание. Однако эти методы дают лишь косвенные измерения и, таким образом, определяют только оффлайн корреляцию между внутриклеточной концентрацией цинка и экспрессией переносчиков цинка. Следовательно, эти методы не могут вывести какие-либо параметры, требующие высокого временного разрешения.
Для более прямого измерения переноса Zn2+ используются радиоактивные изотопыцинка-13. Этот метод основан на измерении радиоактивно меченного Zn2+ для мониторинга переноса цинка и его кинетики. Однако из-за важности цинка для клеточного гомеостаза множественные клеточные процессы регулируют внутриклеточную концентрацию цинка. Среди них внеклеточное связывание и несколько транспортных систем, которые работают вместе, чтобы поддерживать жесткий контроль внутриклеточных уровней Zn2+ . Сочетание этих процессов создает значительный фоновый шум, что затрудняет тестирование отдельных транспортных функций, связанных с цинком.
В данной статье демонстрируется метод прямого контроля скорости переноса цинка путем измерения внутриклеточной концентрации свободного цинка с использованием цинк-специфического флуоресцентного красителя FluoZin-3. Краситель обладает высокой специфичностью к Zn2+ и незначительным вмешательством со стороны других двухвалентных катионов, таких как кальций. Кроме того, в эфирной форме он проникает в клетки путем неионогенной диффузии, а затем улавливается за счет активности внутриклеточной диэстеразы. Таким образом, его флуоресценция коррелирует в первую очередь с концентрацией свободного цитозольного цинка. Эти эксперименты были проведены для изучения структурно-функциональной взаимосвязи переносчика цинка 1 (ZnT1), члена семейства ZnT.