Nano-frfast: design of a new genetically-encoded far-red fluorescent label

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

We propose a new fluorogen-activating protein nano-frFAST with only 98 amino acids based on a combination of the previously created fluorogen-activating proteins nanoFAST and frFAST. A series of fluorogens with an increased system of conjugated bonds, which are potentially capable of binding to this protein, were synthesized. Based on the results of the study, a promising fluorogen which is (Z)-5-((E)-3-(4-hydroxy-2,5-dimethoxyphenyl)allylidene)-2-thioxothiazolidin-4-one (HPAR-DOM) was identified. We demonstrate that the nano-frFAST–HPAR-DOM complex can be used as a genetically encoded far-red fluorescent label for staining individual structures of living cells.

Full Text

Restricted Access

About the authors

E. L. Sokolinskaya

Shemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry RAS; Pirogov Russian National Research Medical University

Author for correspondence.
Email: svetlanakr2002@mail.ru
Russian Federation, Moscow; Moscow

Yu. A. Bogdanova

Shemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry RAS; Pirogov Russian National Research Medical University

Email: svetlanakr2002@mail.ru
Russian Federation, Moscow; Moscow

I. N. Myasnyanko

Pirogov Russian National Research Medical University

Email: svetlanakr2002@mail.ru
Russian Federation, Moscow

A. I. Sokolov

Shemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry RAS; Pirogov Russian National Research Medical University

Email: svetlanakr2002@mail.ru
Russian Federation, Moscow; Moscow

S. A. Krasnova

Shemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry RAS

Email: svetlanakr2002@mail.ru
Russian Federation, Moscow

M. S. Baranov

Shemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry RAS; Pirogov Russian National Research Medical University

Email: svetlanakr2002@mail.ru
Russian Federation, Moscow; Moscow

References

  1. Snapp E.L. // Trends Cell Biol. 2009. V. 19. P. 649–655. https://doi.org/10.1016/j.tcb.2009.08.002
  2. Chudakov D.M., Matz M.V., Lukyanov S., Lukyanov K.A. // Physiol. Rev. 2010. V. 90. P. 1103–1163. https://doi.org/10.1152/physrev.00038.2009
  3. Hori Y., Ueno H., Mizukami S., Kikuchi K. // J. Am. Chem. Soc. 2009. V. 131. P. 16610–16611. https://doi.org/10.1021/ja904800k
  4. Mineev K.S., Goncharuk S.A., Goncharuk M.V., Povarova N.V., Sokolov A.I., Baleeva N.S., Smirnov A.Yu., Myasnyanko I.N., Ruchkin D.A., Bukhdruker S., Remeeva A., Mishin A., Borshchevskiy V., Gordeliy V., Arseniev A.S., Gorbachev D.A., Gavrikov A.S., Mishin A.S., Baranov M.S. // Chem. Sci. 2021. V. 12. P. 6719–6725. https://doi.org/10.1039/d1sc01454d
  5. Plamont M.-A., Billon-Denis E., Maurin S., Gauron C., Pimenta F.M., Specht C.G., Shi J., Quérard J., Pan B., Rossignol J., Moncoq K., Morellet N., Volovitch M., Lescop E., Chen Y., Triller A., Vriz S., Saux T. Le, Jullien L., Gautier A. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2016. V. 113. P. 497–502. https://doi.org/10.1073/pnas.1513094113
  6. Hocq R., Bottone S., Gautier A., Pflügl S. // Front. Bioeng. Biotechnol. 2023. V. 11. P. 1226889. https://doi.org/10.3389/fbioe.2023.1226889
  7. Tsien R.Y. // Annu. Rev. Biochem. 1998. V. 67. P. 509–544. https://doi.org/10.1146/annurev.biochem.67.1.509
  8. Remington S.J. // Curr. Opin. Struct. Biol. 2006. V. 16. P. 714–721. https://doi.org/10.1016/j.sbi.2006.10.001
  9. Benaissa H., Ounoughi K., Aujard I., Fischer E., Goïame R., Nguyen J., Tebo A.G., Li C., Le Saux T., Bertolin G., Tramier M., Danglot L., Pietrancosta N., Morin X., Jullien L., Gautier A. // Nat. Commun. 2021. V. 12. P. 6989. https://doi.org/10.1038/s41467-021-27334-0
  10. Myasnyanko I.N., Gavrikov A.S., Zaitseva S.O., Smirnov A.Yu., Zaitseva E.R., Sokolov A.I., Malyshevskaya K.K., Baleeva N.S., Mishin A.S., Baranov M.S. // Chemistry. 2021. V. 27. P. 3986–3990. https://doi.org/10.1002/chem.202004760
  11. Povarova N.V., Zaitseva S.O., Baleeva N.S., Smirnov A.Yu., Myasnyanko I.N., Zagudaylova M.B., Bozhanova N.G., Gorbachev D.A., Malyshevskaya K.K., Gavrikov A.S., Mishin A.S., Baranov M.S. // Chemistry. 2019. V. 25. P. 9592–9596. https://doi.org/10.1002/chem.201901151
  12. Chen C., Tachibana S.R., Baleeva N.S., Myasnyanko I.N., Bogdanov A.M., Gavrikov A.S., Mishin A.S., Malyshevskaya K.K., Baranov M.S., Fang C. // Chemistry. 2021. V. 27. P. 8946–8950. https://doi.org/10.1002/chem.202101250
  13. Li C., Tebo A.G., Thauvin M., Plamont M.-A., Volovitch M., Morin X., Vriz S., Gautier A. // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2020. V. 59. P. 17917–17923. https://doi.org/10.1002/anie.202006576
  14. Baleeva N.S., Bogdanova Y.A., Goncharuk M.V., Sokolov A.I., Myasnyanko I.N., Kublitski V.S., Smirnov A.Yu., Gilvanov A.R., Goncharuk S.A., Mineev K.S., Baranov M.S. // Int. J. Mol. Sci. 2024. V. 25. Р. 3054. https://doi.org/10.3390/ijms25053054
  15. Perfilov M.M., Zaitseva E.R., Smirnov A.Yu., Mikhaylov A.A., Baleeva N.S., Myasnyanko I.N., Mishin A.S., Baranov M.S. // Dyes Pigm. 2022. V. 198. P. 110033. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2021.110033
  16. Campaigne E., White R.L. // J. Heterocycl. Chem. 1988. V. 25. P. 367–373. https://doi.org/10.1002/jhet.5570250203
  17. Radi M., Botta L., Casaluce G., Bernardini M., Botta M. // J. Comb. Chem. 2010. V. 12. P. 200–205. https://doi.org/10.1021/cc9001789
  18. Voliani V., Bizzarri R., Nifosì R., Abbruzzetti S., Grandi E., Viappiani C., Beltram F. // J. Phys. Chem. B. 2008. V. 112. P. 10714–10722. https://doi.org/10.1021/jp802419h
  19. Würth C., Grabolle M., Pauli J., Spieles M., ReschGenger U. // Nat. Protoc. 2013. V. 8. P. 1535–1550. https://doi.org/10.1038/nprot.2013.087

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Additional materials
Download (2MB)
Indexing metadata
3. Fig. 1. Absorption and emission spectra of the nano-frFAST–HPAR-DOM complex in phosphate buffer.

Download (188KB)
Indexing metadata
4. Fig. 2. Representative photomicrographs of Hela Kyoto cells expressing the H2B-nano-frFAST (upper panel) and hCytokeratin-nano-frFAST (lower panel) genetic constructs in the presence of 10 μM HPAR-DOM fluorogen. Scale bar is 10 μm.

Download (207KB)
Indexing metadata
5. Scheme 1. Structural formulas of known fluorogens of the FAST and frFAST proteins, a new proposed fluorogen for the developed nano-frFAST protein, as well as approaches to synthesis.

Download (313KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».