Комбинированные методы молекулярных исследований раскрывают больше о ДНК-белках

Исследователи из Иллинойса объединили две технологии молекулярной визуализации, создав инструмент с невероятной чувствительностью, который даёт новое, детальное представление о динамических молекулярных процессах.

Профессора физики Тэкджип Ха и Янн Хемла объединили свой опыт в области биологии одиночных молекул – флуоресцентной микроскопии и оптических ловушек соответственно – для изучения связывания и диссоциации отдельных сегментов ДНК с более длинной цепью. Они и их совместный постдокторант Мэтью Комсток описывают свою технику в статье, опубликованной 20 февраля в онлайн-версии Nature Methods.

Оба профессора особенно изучали белки и ферменты, регулирующие ДНК, такие как фермент хеликаза, которая раскручивает ДНК для репликации или транскрипции в РНК. Методы флуоресцентной микроскопии позволяют наблюдать за конформационными изменениями и движением белков, но часто не имеют достаточного пространственного разрешения для отслеживания перемещения белка на расстоянии.

Оптические ловушки, в свою очередь, позволяют изучать транслокацию белка, но не его конформацию. Хемла сравнивает традиционные оптические ловушки с рыбалкой. Одиночная молекула ДНК прикреплена между двумя точками, и активность связанного с ней белка определяется только по тому, как он тянет за эту "леску", подобно рыбе. Это может многое рассказать об активности и движении белка, но у метода есть и явные ограничения. Например, сложно определить количество или типы вовлечённых белков.

"Кроме того, эти белки могут делать множество вещей помимо того, чтобы тянуть нашу леску, на что мы можем не реагировать", — сказал Хемла. "Флуоресценция даёт вам дополнительный сигнал, чтобы фактически увидеть эти вещи, и ключ в том, что теперь мы можем измерять их одновременно. Эта работа стала настоящим синтезом опыта двух групп в Центре физики живых клеток Университета Иллинойса".

Комбинация методов позволяет Хемле, Ха и их группе измерять как движение белка – с чувствительностью к транслокации всего на одну пару оснований ДНК, расстояние всего в несколько ангстрем – так и конформационные изменения во время его действия. Это может раскрыть детали механизма, которые ранее были недоступны.

"Это была серьёзная техническая задача, но конечный продукт – уникальный инструмент с уникальными возможностями", — сказал Хемла. "Это как снимать примитивный, но в реальном времени 'фильм' о том, что делают отдельные молекулы".