Thioflavin – Wikipedia

Thioflavine sind fluoreszierende Farbstoffe, die als mindestens zwei Verbindungen erhältlich sind, nämlich Thioflavin T. und Thioflavin S.. Beide werden für histologische Färbungen und biophysikalische Untersuchungen der Proteinaggregation verwendet.[1] Insbesondere werden diese Farbstoffe seit 1989 zur Untersuchung der Amyloidbildung eingesetzt.[2] Sie werden auch in biophysikalischen Studien zur Elektrophysiologie von Bakterien eingesetzt.[3] Thioflavine sind ätzend, reizend und akut toxisch und verursachen schwere Augenschäden.[4] Thioflavin T wurde zur Erforschung der Alzheimer-Krankheit und anderer neurodegenerativer Erkrankungen eingesetzt.

Thioflavin T.[edit]

Thioflavin T (Basic Yellow 1, Methylengelb, CI 49005 oder ThT) ist ein Benzothiazolsalz, das durch Methylierung von Dehydrothiotoluidin mit Methanol in Gegenwart von Salzsäure erhalten wird. Der Farbstoff wird häufig verwendet, um das Vorhandensein von fehlgefalteten Proteinaggregaten, die als Amyloid bezeichnet werden, zu visualisieren und zu quantifizieren in vitro und in vivo (z. B. Plaques aus Amyloid Beta, die im Gehirn von Alzheimer-Patienten gefunden werden).[1]

Wenn es an Beta-Faltblatt-reiche Strukturen wie die in Amyloidaggregaten bindet, zeigt der Farbstoff eine verstärkte Fluoreszenz und eine charakteristische Rotverschiebung seines Emissionsspektrums.[5][6] Zusätzliche Studien berücksichtigen auch Fluoreszenzänderungen als Ergebnis der Wechselwirkung mit doppelsträngiger DNA.[7] Diese Änderung des Fluoreszenzverhaltens kann durch viele Faktoren verursacht werden, die die Ladungsverteilung von Thioflavin T im angeregten Zustand beeinflussen, einschließlich der Bindung an eine starre, hochgeordnete Nanotasche und spezifischer chemischer Wechselwirkungen zwischen Thioflavin T und der Nanotasche.[8][9]

Vor der Bindung an eine Amyloidfibrille emittiert Thioflavin T schwach um 427 nm. Es wird vermutet, dass Löscheffekte des nahe gelegenen Anregungspeaks bei 450 nm eine Rolle bei der Minimierung der Emissionen spielen.

Bei Anregung bei 450 nm erzeugt Thioflavin T bei Bindung an Amyloide ein starkes Fluoreszenzsignal bei ungefähr 482 nm. Das Thioflavin-T-Molekül besteht aus einem Benzylamin und einem Benzathiolring, die über eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung verbunden sind. Diese beiden Ringe können sich frei drehen, wenn sich das Molekül in Lösung befindet. Die freie Rotation dieser Ringe führt zum Löschen eines durch Photonenanregung erzeugten angeregten Zustands. Wenn Thioflavin T jedoch an Amyloidfibrillen bindet, werden die beiden Rotationsebenen der beiden Ringe immobilisiert und daher kann dieses Molekül seinen angeregten Zustand beibehalten.[1]

Die Thioflavin T-Fluoreszenz wird häufig als Diagnose der Amyloidstruktur verwendet, ist jedoch für Amyloid nicht perfekt spezifisch. Abhängig vom jeweiligen Protein und den experimentellen Bedingungen kann Thioflavin T auftreten[8] oder vielleicht nicht[10] Bei der Bindung an Vorläufermonomere, kleine Oligomere, nicht aggregiertes Material mit hohem Beta-Faltblattgehalt oder sogar Alpha-Helix-reichen Proteinen kommt es zu einer spektroskopischen Veränderung. Umgekehrt beeinflussen einige Amyloidfasern die Thioflavin-T-Fluoreszenz nicht.[11] Erhöhung der Aussicht auf falsch negative Ergebnisse.

Struktur von Thioflavin T, gebunden an ein amyloidähnliches Oligomer von β2-Mikroglobulin (grau), in einem Komplex, der eine verstärkte und rotverschobene Fluoreszenz zeigt. Viele Faktoren, die die Ladung im angeregten Zustand vom Dimethylaminobenzyl-Teil von Thioflavin T (in Blau) zum Benzothiazol-Teil (in Rot) verschieben, einschließlich der Bindung an starre Amyloidaggregate hoher Ordnung, können dieses “positive” Thioflavin T-Signal erzeugen.[8]
Thioflavin S-Färbung (links in grün) und Amyloid-Beta-Antikörper-Immunzytochemie (rechts) an benachbarten Abschnitten des Hippocampus eines Patienten mit Alzheimer-Krankheit. Thioflavin S bindet sowohl senile Plaques (SP) als auch neurofibrilläre Verwicklungen (NFT), die beiden charakteristischen kortikalen Läsionen von Alzheimer. Amyloid Beta ist ein Peptid, das vom Amyloid-Vorläuferprotein abgeleitet ist und nur in senilen Plaques vorkommt. Daher sind im rechten Bild nur Plaques sichtbar. Das linke Bild hat auch ein rotes Signal, das das grüne Signal in Lipofuscin-Granulat (LP) genau überlagert. Hierbei handelt es sich um autofluoreszierende Einschlüsse, die von Lysosomen stammen, die sich während des normalen Alterns im menschlichen Gehirn ansammeln.

Bei Erwachsenen C. elegansDie Exposition gegenüber Thioflavin T führt auf einigen Ebenen zu einer “stark verlängerten Lebensdauer und einer verlangsamten Alterung”, auf höheren Ebenen jedoch zu einer verringerten Lebensdauer.[12]

Thioflavin S.[edit]

Thioflavin S ist eine homogene Mischung von Verbindungen, die aus der Methylierung von Dehydrothiotoluidin mit Sulfonsäure resultiert. Es wird auch verwendet, um Amyloid-Plaques zu färben. Wie Thioflavin T bindet es an Amyloidfibrillen, jedoch nicht an Monomere und führt zu einer deutlichen Erhöhung der Fluoreszenzemission. Im Gegensatz zu Thioflavin T erzeugt es jedoch keine charakteristische Verschiebung der Anregungs- oder Emissionsspektren.[5] Diese letztere Eigenschaft von Thioflavin S führt zu einer hohen Hintergrundfluoreszenz, so dass es nicht für quantitative Messungen von Fibrillenlösungen verwendet werden kann.[5] Ein weiterer Farbstoff, der zur Identifizierung der Amyloidstruktur verwendet wird, ist Kongorot.

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

  1. ^ ein b c Biancalana M, Koide S (Juli 2010). “Molekularer Mechanismus der Thioflavin-T-Bindung an Amyloidfibrillen”. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Proteine ​​und Proteomics. 1804 (7): 1405–12. doi:10.1016 / j.bbapap.2010.04.001. PMC 2880406. PMID 20399286.
  2. ^ Gade Malmos, Kirsten; Blancas-Mejia, Luis M.; Weber, Benedikt; Buchner, Johannes; Ramirez-Alvarado, Marina; Naiki, Hironobu; Otzen, Daniel (2017). “THT 101: Ein Primer zur Verwendung von Thioflavin T zur Untersuchung der Amyloidbildung”. Amyloid. 24 (1): 1–16. doi:10.1080 / 13506129.2017.1304905. PMID 28393556.
  3. ^ Prindel A, Liu J, Asally M, Ly S, Garcia-Ojalvo J, Süel GM (November 2015). “Ionenkanäle ermöglichen die elektrische Kommunikation in Bakteriengemeinschaften”. Natur. 527 (7576): 59–63. Bibcode:2015Natur.527 … 59P. doi:10.1038 / nature15709. PMC 4890463. PMID 26503040.
  4. ^ “Thioflavin T”. Nationales Zentrum für Informationen zur Biotechnologie. PubChem.
  5. ^ ein b c H. LeVine III, Methoden der Enzymologie. 309274 (1999)
  6. ^ Groenning M (März 2010). “Bindungsmodus von Thioflavin T und anderen molekularen Sonden im Zusammenhang mit dem aktuellen Status von Amyloidfibrillen”. Journal of Chemical Biology. 3 (1): 1–18. doi:10.1007 / s12154-009-0027-5. PMC 2816742. PMID 19693614.
  7. ^ Ilanchelian M, Ramaraj R (2004). “Emission von Thioflavin T und dessen Kontrolle in Gegenwart von DNA”. Zeitschrift für Photochemie und Photobiologie A: Chemie. 162 (1): 129–137. doi:10.1016 / s1010-6030 (03) 00320-4.
  8. ^ ein b c Wolfe LS, kalabresische MF, Nath A, Blaho DV, Miranker AD, Xiong Y (September 2010). Proteininduzierte photophysikalische Veränderungen des Amyloid-Indikatorfarbstoffs Thioflavin T. Verfahren der National Academy of Sciences der Vereinigten Staaten von Amerika. 107 (39): 16863–8. Bibcode:2010PNAS..10716863W. doi:10.1073 / pnas.1002867107. PMC 2947910. PMID 20826442.
  9. ^ Biancardi A, Biver T, Mennucci B (2017). “Fluoreszenzfarbstoffe im Kontext der DNA-Bindung: Der Fall von Thioflavin T”. Int. J. Quantum Chem. 117 (8): e25349. doi:10.1002 / qua.25349.
  10. ^ LeVine H (März 1993). “Thioflavin T-Wechselwirkung mit synthetischen Beta-Amyloidpeptiden der Alzheimer-Krankheit: Nachweis der Amyloidaggregation in Lösung”. Proteinwissenschaft. 2 (3): 404–10. doi:10.1002 / pro.5560020312. PMC 2142377. PMID 8453378.
  11. ^ Cloe AL, Orgel JP, Sachleben JR, Tycko R., Meredith SC (März 2011). Die japanische Mutante Aβ (ΔE22-Aβ (1-39)) bildet sofort Fibrillen mit niedriger Thioflavin-T-Fluoreszenz: Aussaat von Wildtyp-Aβ (1-40) in atypische Fibrillen durch ΔE22-Aβ (1-39). Biochemie. 50 (12): 2026–39. doi:10.1021 / bi1016217. PMC 3631511. PMID 21291268.
  12. ^ Alavez S., Vantipalli MC, Zucker DJ, Klang IM, Lithgow GJ (April 2011). “Amyloid-bindende Verbindungen erhalten die Proteinhomöostase während des Alterns aufrecht und verlängern die Lebensdauer”. Natur. 472 (7342): 226–9. Bibcode:2011Natur.472..226A. doi:10.1038 / nature09873. PMC 3610427. PMID 21451522.

Externe Links[edit]