Новый инструмент точно определяет белки, регулирующие активность генов в живых клетках

Новый инструмент значительно улучшает способность ученых идентифицировать и изучать белки, регулирующие активность генов в клетках. Технология должна позволить и улучшить исследования как в фундаментальной биологии, так и в изучении болезней.

Активность гена часто регулируется — включается, ускоряется, замедляется, выключается — одним или несколькими белками, которые связываются с ДНК. Однако идентификация этих ДНК-связывающих белков была сложной из-за отсутствия точного метода. В исследовании, опубликованном 29 сентября в Proceedings of the National Academy of Sciences, ученые разработали молекулярный инструмент, который можно нацелить практически на любой участок генома, чтобы захватить любой белок поблизости и идентифицировать его. Команда продемонстрировала мощь нового инструмента, используя его для открытия новых белков-регуляторов генов, связанных с человеческими стволовыми клетками.

«Мы ожидаем, что это будет полезно как очень общий лабораторный инструмент, и уже планируем использовать его для исследований конкретных заболеваний, включая диабет 1 типа», — сказал соавтор исследования доктор Шуйбинг Чен.

Другим соавтором был доктор Питер Шульц.

Новый инструмент, названный исследователями SCOPE, имеет два ключевых элемента:

1. Белок, содержащий «гидную РНК», которую можно спроектировать для связывания с практически любым сайтом в геноме.
2. Особая аминокислота, которая при воздействии вспышки ультрафиолетового света образует прочную и долговременную связь с любым близлежащим белком.

Исследователи могут относительно легко выделить полученный связанный с SCOPE белок и идентифицировать его с помощью стандартного набора методов — масс-спектрометрии.

Особая аминокислота, используемая в SCOPE, основана на аминокислоте, встречающейся только у некоторых древних одноклеточных микроорганизмов — архей. Из-за этого эволюционного расстояния она практически не вступает в естественные реакции с другими аминокислотами в клетках млекопитающих и даже бактерий — она становится реакционноспособной только под воздействием УФ-света.

«Это снижает вероятность нежелательных взаимодействий между инструментом SCOPE и другими белками, что фактически придает SCOPE высокую чувствительность, позволяя обнаруживать белки, которые связываются с ДНК лишь слабо и/или кратковременно», — сказал первый автор исследования доктор Цзяцзюнь Чжу.

Инструмент SCOPE предназначен для встраивания в ДНК любого типа клеток, включая стволовые; таким образом, он собирается и работает внутри клетки, связывая белки в любом участке генома, указанном гидной РНК.

В своем исследовании команда использовала SCOPE, чтобы выяснить роль трех белков, связывающихся с ДНК, в человеческих эмбриональных стволовых клетках. Они показали, что два из этих белков работают на поддержание стволовых клеток в их незрелом, стволовом состоянии, а третий помогает индуцировать дифференцировку стволовых клеток в более зрелые типы клеток.

Теперь исследователи надеются использовать SCOPE для обнаружения регулирующих гены белков в других типах клеток и в контексте конкретных заболеваний, включая кардиомиоциты при аритмиях, инсулин-продуцирующие клетки поджелудочной железы при диабете 1 типа и нейроны при нейродегенеративных расстройствах.