Russian Journal of Bioorganic ChemistryRussian Journal of Bioorganic ChemistryБиоорганическая химия0132-34231998-2860The Russian Academy of Sciences68310410.31857/S0132342325010131LYMUUXПИСЬМА РЕДАКТОРУResearch ArticleNano-frfast: design of a new genetically-encoded far-red fluorescent labelNano-frfast: дизайн новой генетически кодируемой дальне-красной флуоресцентной меткиSokolinskayaE. L.СоколинскаяЕ. Л.
Russian Federation
svetlanakr2002@mail.ruBogdanovaYu. A.БогдановаЮ. А.
Russian Federation
svetlanakr2002@mail.ruMyasnyankoI. N.МяснянкоИ. Н.
Russian Federation
svetlanakr2002@mail.ruSokolovA. I.СоколовА. И.
Russian Federation
svetlanakr2002@mail.ruKrasnovaS. A.КрасноваС. А.
Russian Federation
svetlanakr2002@mail.ruBaranovM. S.БарановМ. С.
Russian Federation
svetlanakr2002@mail.ruShemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry RASФГБУН “Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова” РАНPirogov Russian National Research Medical UniversityРоссийский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова1502202551114415205062025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0132-3423/article/view/683104

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.

Предложен новый флуороген-активирующий белок nano-frFAST, содержащий всего 98 аминокислот, на основе комбинации ранее созданных флуороген-активирующих белков nanoFAST и frFAST. Синтезирована серия флуорогенов с увеличенной системой сопряженных связей, потенциально способных к связыванию с данным белком. По результатам исследования выявлен перспективный флуороген – (Z)-5-((E)-3-(4-гидрокси-2,5-диметоксифенил)аллилиден)-2-тиоксотиазолидин-4-он (HPAR-DOM). Показано, что комплекс nano-frFAST–HPAR-DOM может быть использован в качестве генетически кодируемой дальне-красной флуоресцентной метки для окрашивания отдельных структур живых клеток.

arylidene-azolonesarylallylidene-azolonesfluorogen-activating proteinsfluorogensfluorescent labelingарилиден-азолоныарилаллилиден-азолоныфлуороген-активирующие белкифлуорогеныфлуоресцентное мечениеГосударственное заданиеState assignment124020900020-4Snapp E.L. // Trends Cell Biol. 2009. V. 19. P. 649–655. https://doi.org/10.1016/j.tcb.2009.08.002Chudakov D.M., Matz M.V., Lukyanov S., Lukyanov K.A. // Physiol. Rev. 2010. V. 90. P. 1103–1163. https://doi.org/10.1152/physrev.00038.2009Hori Y., Ueno H., Mizukami S., Kikuchi K. // J. Am. Chem. Soc. 2009. V. 131. P. 16610–16611. https://doi.org/10.1021/ja904800kMineev 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/d1sc01454dPlamont 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.1513094113Hocq R., Bottone S., Gautier A., Pflügl S. // Front. Bioeng. Biotechnol. 2023. V. 11. P. 1226889. https://doi.org/10.3389/fbioe.2023.1226889Tsien R.Y. // Annu. Rev. Biochem. 1998. V. 67. P. 509–544. https://doi.org/10.1146/annurev.biochem.67.1.509Remington S.J. // Curr. Opin. Struct. Biol. 2006. V. 16. P. 714–721. https://doi.org/10.1016/j.sbi.2006.10.001Benaissa 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/s41467-021-27334-0Myasnyanko 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.202004760Povarova 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.201901151Chen 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.202101250Li 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.202006576Baleeva 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/ijms25053054Perfilov 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.2021.110033Campaigne E., White R.L. // J. Heterocycl. Chem. 1988. V. 25. P. 367–373. https://doi.org/10.1002/jhet.5570250203Radi M., Botta L., Casaluce G., Bernardini M., Botta M. // J. Comb. Chem. 2010. V. 12. P. 200–205. https://doi.org/10.1021/cc9001789Voliani 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/jp802419hWürth 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