Tioflavina

Las tioflavinas son colorantes fluorescentes que están disponibles como al menos dos compuestos, a saber, tioflavina T y tioflavina S. Ambos se utilizan para tinción histológica y estudios biofísicos de agregación de proteínas. ^{[ 1 ]} En particular, estos colorantes se han utilizado desde 1959 para investigar la formación de amiloide. ^{[ 2 ] [ 3 ]} También se utilizan en estudios biofísicos de la electrofisiología de bacterias. ^{[ 4 ]} Las tioflavinas son corrosivas , irritantes y altamente tóxicas, causando daño ocular grave. ^{[ 5 ]} La tioflavina T se ha utilizado en la investigación de la enfermedad de Alzheimer y otras enfermedades neurodegenerativas .

La tioflavina T (Amarillo Básico 1, Amarillo de Metileno, CI 49005 o ThT) es una sal de benzotiazol obtenida por metilación de dehidrotiotoluidina con metanol en presencia de ácido clorhídrico . Este colorante se utiliza ampliamente para visualizar y cuantificar la presencia de agregados de proteínas mal plegadas llamadas amiloide , tanto in vitro como in vivo (por ejemplo, placas compuestas de beta-amiloide que se encuentran en el cerebro de pacientes con enfermedad de Alzheimer ). ^{[ 1 ]}

Cuando se une a estructuras ricas en láminas beta , como las de los agregados amiloides, el colorante muestra una fluorescencia mejorada y un desplazamiento al rojo característico de su espectro de emisión . ^{[ 6 ] [ 7 ]} Otros estudios también consideran cambios en la fluorescencia como resultado de la interacción con ADN de doble cadena. ^{[ 8 ]} Este cambio en el comportamiento fluorescente puede ser causado por muchos factores que afectan la distribución de carga del estado excitado de la tioflavina T, incluyendo la unión a una nanocavidad rígida y altamente ordenada, e interacciones químicas específicas entre la tioflavina T y la nanocavidad. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

Antes de unirse a una fibrilla amiloide, la tioflavina T emite débilmente alrededor de 427  nm. Se sospecha que los efectos de extinción del pico de excitación cercano a 450  nm influyen en la minimización de las emisiones.

Al ser excitada a 450  nm, la tioflavina T produce una fuerte señal de fluorescencia a aproximadamente 482  nm al unirse a los amiloides. La molécula de tioflavina T consta de un anillo de fenilamina y un anillo de benzotiazol conectados mediante un enlace carbono-carbono. Estos dos anillos pueden rotar libremente cuando la molécula está en solución. La rotación libre de estos anillos provoca la extinción de cualquier estado excitado generado por la excitación fotónica. Sin embargo, cuando la tioflavina T se une a las fibrillas amiloides, los dos planos de rotación de los dos anillos se inmovilizan y, por lo tanto, esta molécula puede mantener su estado excitado. ^{[ 1 ]}

La fluorescencia de la tioflavina T se utiliza a menudo como método de diagnóstico de la estructura amiloide, pero no es perfectamente específica para el amiloide. Dependiendo de la proteína en particular y de las condiciones experimentales, la tioflavina T puede ^{[ 9 ]} o no ^{[ 11 ]} experimentar un cambio espectroscópico al unirse a monómeros precursores, pequeños oligómeros, material no agregado con un alto contenido de láminas beta , o incluso proteínas ricas en hélices alfa . Por el contrario, algunas fibras amiloides no afectan la fluorescencia de la tioflavina T, ^{[ 12 ]} lo que plantea la posibilidad de obtener resultados falsos negativos .

Estructura de la tioflavina T unida a un oligómero amiloide de β2-microglobulina (en gris), en un complejo que muestra una fluorescencia intensificada y desplazada hacia el rojo . Muchos factores que desplazan la carga del estado excitado desde la porción dimetilaminobencilo de la tioflavina T (en azul) a la porción benzotiazol (en rojo), incluyendo la unión a agregados amiloides rígidos y altamente ordenados, pueden producir esta señal "positiva" de la tioflavina T. ^{[ 9 ]}

Tinción con tioflavina S (izquierda en verde) e inmunocitoquímica con anticuerpos anti-beta amiloide (derecha) en secciones adyacentes del hipocampo de un paciente con enfermedad de Alzheimer . La tioflavina S se une tanto a las placas seniles (PS) como a los ovillos neurofibrilares (ONF), las dos lesiones corticales características del Alzheimer. El beta amiloide es un péptido derivado de la proteína precursora amiloide que solo se encuentra en las placas seniles, por lo que solo las placas son visibles en la imagen de la derecha. La imagen de la izquierda también tiene una señal roja que se superpone exactamente a la señal verde en los gránulos de lipofuscina (LP), que son inclusiones autofluorescentes derivadas de los lisosomas que se acumulan en el cerebro humano durante el envejecimiento normal.

En C. elegans adultos , la exposición a la tioflavina T produce "una prolongación significativa de la esperanza de vida y un retraso en el envejecimiento" en algunos niveles, pero una disminución de la esperanza de vida en niveles más altos. ^{[ 13 ]}

La tioflavina S es una mezcla homogénea de compuestos que resulta de la metilación de la dehidrotiotoluidina con ácido sulfónico . También se utiliza para teñir placas amiloides. Al igual que la tioflavina T, se une a las fibrillas amiloides pero no a los monómeros y produce un aumento distintivo en la emisión de fluorescencia. Sin embargo, a diferencia de la tioflavina T, no produce un desplazamiento característico en los espectros de excitación o emisión. ^{[ 6 ]} Esta última característica de la tioflavina S resulta en una alta fluorescencia de fondo, lo que hace que no pueda utilizarse en mediciones cuantitativas de soluciones de fibrillas. ^{[ 6 ]} Otro colorante que se utiliza para identificar la estructura amiloide es el rojo Congo .

• rojo Congo