Техника позволяет точно контролировать активность белков в живых клетках
Рак возникает, когда клетки человека двигаются и размножаются ненадлежащим образом. Внутри клеток процесс фосфорилирования служит переключателем «вкл/выкл» для ряда клеточных процессов, которые могут быть вовлечены в рак, включая метаболизм, транскрипцию, конфигурацию, движение, гибель и дифференцировку клеток. Этот процесс контролируется группой ферментов — протеинкиназами, которые, работая вместе и по отдельности, модифицируют структуру белков, изменяя их и позволяя им управлять клеточными процессами.
Одной из проблем в понимании действий и взаимодействий киназ внутри клеток было то, что механизмы, которые ученые использовали для контроля над ферментами, не были специфичными и часто затрагивали более одного пути внутри клетки.
В статье, опубликованной в журнале Nature Biotechnology, Клаус Хан, доктор философии, профессор фармакологии Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл, описывает новую технику под названием инженерная аллостерическая регуляция. Она предоставляет новый инструмент для ученых, изучающих взаимодействия белков в живых клетках.
«Инженерная аллостерическая регуляция — это новый метод, обеспечивающий точный контроль активности киназ в живых клетках», — сказал Хан.
Технология позволяет взять киназу по выбору и точно контролировать её переключатель «вкл/выкл», наблюдая, что она делает и как контролирует функцию клетки. Способность точно контролировать состояние и время действия киназы внутри клеток открывает дверь для широкого спектра новых научных открытий.
«Этот изобретательный метод предлагает мощный новый подход для изучения разнообразных функций киназ в живых клетках», — сказал Джеймс Дитрейдж, доктор философии, курирующий гранты по клеточной биологии в Национальном институте общих медицинских наук NIH.
Механизм инженерной аллостерической регуляции можно сравнить с колесами автомобиля. К небольшой части каждой молекулы киназы, ключевой для её действия в клетке, присоединяется белок, созданный Андреем Каргиновым. Это заставляет молекулу вибрировать, не давая ей работать достаточно эффективно, чтобы контролировать клетку, — подобно тому, как ослабленные болты на колесе автомобиля мешают его движению.
Затем ученые используют препарат, чтобы связать инженерный белок. Это «затягивает» молекулу и позволяет киназе работать нормально — как затягивание болтов на колесе.
«Это очень точно. Подобно тому, как вы можете определить, какой выключатель в щитке управляет конкретными лампами и приборами, этот механизм контролирует конкретные киназы, позволяя исследователям точно отслеживать их действие внутри клетки», — говорит Хан.
Хан прогнозирует, что новая техника позволит быстрее и дешевле изучать клеточные сигнальные пути, связанные с раком, а также с широким спектром других заболеваний человека.
Исследование стало результатом сотрудничества ученых UNC из разных дисциплин: молекулярного биолога Андрея В. Каргинова, вычислительных биологов Фэн Дина, Прадипа Коты и Николая В. Докхойана.