Ученые представили новый метод для прямого и быстрого уничтожения любого белка в любом типе клеток

Белки выполняют почти все жизненно важные процессы в организме, а их дисфункция вызывает множество заболеваний. Чтобы изучить функцию белка, исследователи удаляют его из клетки и анализируют последствия. Два основных современных метода — редактирование генома с помощью CRISPR/Cas и РНК-интерференция (RNAi). Они действуют на уровне ДНК или РНК соответственно, но их влияние на количество белка является косвенным и требует времени. Ученые из Германии и Великобритании представили новый метод Trim-Away, который позволяет напрямую и быстро удалять белок из любого типа клеток. Поскольку Trim-Away может различать разные варианты одного белка, он также открывает новые возможности для терапии заболеваний.

Преодоление ограничений существующих методов

Для исследования функции белка ключевая стратегия — удалить его из клетки. Методы CRISPR/Cas и RNAi, нацеленные на ДНК или РНК, эффективно останавливают производство белка. Однако они влияют на количество белка лишь косвенно, неприменимы ко всем типам клеток и белков, а их действие занимает часы или дни. За это время клетка может компенсировать потерю, что маскирует реальные эффекты. Кроме того, эти методы плохо подходят для изучения долгоживущих белков или белков в первичных клетках (взятых непосредственно из ткани).

Trim-Away закрывает этот пробел. «С помощью Trim-Away впервые можно напрямую нацелиться почти на любой белок в любом типе клеток, — говорит Мелина Шух (Melina Schuh), директор Института биофизической химии Макса Планка. — Метод прост в использовании и удаляет белки в течение минут. Это намного быстрее, чем можно достичь с помощью редактирования генома или RNAi».

Принцип работы: использование клеточного белка Trim21

В основе метода лежит белок Trim21, открытый в лаборатории Лео Джеймса (Leo James) в MRC LMB. Trim21 распознает антитела, которые попадают в клетку, прикрепленные к вирусам. Он связывается с этими антителами, помечает комплекс «антитело-вирус» как «мусор» и направляет его в «мусоропровод» клетки — протеасому.

Исследователи перенаправили эту способность. Они вводили в клетки (например, в яйцеклетки, где многие белки долгоживущие) антитела, направленные не против вируса, а против конкретного клеточного белка. Trim21 распознавал антитело и отправлял связанный с ним целевой белок на уничтожение в протеасому. В течение минут белок исчезал из клетки. Этот принцип и есть Trim-Away.

Сложность состояла в том, что во многих типах клеток Trim21 присутствует в недостаточном количестве. Ученые решили эту проблему, доставляя в клетку дополнительный белок Trim21 вместе с антителом, используя небольшой «электрический шок».

Уникальные возможности метода

• Работа с «трудными» клетками: Метод применим к первичным клеткам и типам, недоступным для CRISPR/Cas или RNAi. Например, макрофаги (тип лейкоцитов) хорошо распознают чужеродные ДНК и РНК (основные компоненты тех методов), но доступны для Trim-Away.
• Высокая специфичность: Trim-Away использует выдающуюся специфичность антител, которые могут различать не только разные белки, но и разные варианты (изоформы) одного и того же белка. Это важно для многих заболеваний.
• Пример: болезнь Хантингтона: Это наследственное нейродегенеративное заболевание вызвано мутацией в одной из двух копий гена, кодирующего белок хантинтин. Ученые показали, что Trim-Away может удалить из клеток культуры ткани болезнетворный вариант хантинтина, оставив «нормальный» вариант нетронутым.

Перспективы и ограничения

«Конечно, работа в культуре клеток — это нечто совершенно иное, чем лечение болезни, — подчеркивает Мелина Шух. — Терапевтическое применение еще далеко. Но наша работа может открыть новые пути для лечения заболеваний с помощью антител в будущем».