Исследователи создали новый переключатель для мечения белков в клетке

Учёные из Университета Райса разработали стратегию «разделяй и властвуй» для отслеживания синтеза белков в клетках.

Аспирантка Эмили Томас, синтетический биолог Джонатан Силберг и их коллеги усовершенствовали существующие методы присоединения биоортогональных (не мешающих клеточным процессам) искусственных аминокислот к транспортной РНК (тРНК), которую рибосомы используют для синтеза белков.

Поскольку эти аминокислоты «неканонические», они служат эффективными метками для идентификации белков, синтезируемых в клетке. Прорывом лаборатории Райса стало открытие тРНК-синтетазы, которая добавляет аминокислоту к тРНК только при связывании с определённым химическим веществом. По сигналу эта тРНК-синтетаза заряжает тРНК биоортогональной аминокислотой, после чего рибосомы встраивают эту метку в синтезируемые в клетке белки.

Исследование опубликовано в журнале Американского химического общества ACS Synthetic Biology.

Эти биоортогональные метки дают исследователям моментальный снимок общего синтеза белка в клетке. «Вместо того чтобы физически отделять клетку от смеси, чтобы найти производимые белки, мы можем использовать этот созданный переключатель, чтобы, по сути, повесить рыболовный крючок на каждый белок в определённой клетке», — сказал Силберг. «Этот подход позволит нам повысить пространственный и временной контроль над мечением белков, синтезируемых в заданной клетке».

Поскольку многие белки появляются и исчезают в процессе развития организма или распространения болезни, эта методика может помочь выявить клеточные изменения, лежащие в основе заболеваний. Томас охарактеризовала свою технику как «шпиона за белками».

«Он шпионит за тем, какие белки производятся внутри клетки. Современные технологии шпионят за всем подряд, но я хочу быть более конкретной. Мне нужен больший контроль над тем, когда я включаю или выключаю своего шпиона, чтобы отслеживать только те клетки, которые меня интересуют».

Исследователи использовали аминокислоту азидонорлейцин (Anl) для мечения белков в клетках бактерий Escherichia coli. Созданный Томас переключатель управляется по принципу логического элемента И (AND gate). Переключатель эффективно заряжает тРНК Anl только тогда, когда сам переключатель синтезирован и в клетке присутствует химическое вещество, чтобы его «включить».

Силберг заявил, что эта техника предоставит исследователям новый уровень контроля над транскрипцией и мечением белков. «В биологии человека много контроля происходит на уровне ДНК, но за последние 20 лет стало очевидно, что много контроля происходит и на уровне белка. У нас в геноме меньше генов, чем изначально ожидалось, потому что существует этот дополнительный уровень сложности в протеоме — совокупности белков, экспрессируемых геномом.

Белки — это деловая сторона клетки. Они обеспечивают структуру и выполняют большую часть сигнализации внутри клетки. Они порождают большую часть сложности, которую мы наблюдаем. В будущем наша методика может помочь людям понять детали заболевания, предоставляя снимки белков, синтезированных в определённых клетках в разное время в ходе развития, и позволяя сравнивать здоровые и больные клетки.

Перспектива сделать это у людей — это эквивалент генетической технологии полёта на Марс прямо сейчас. Это очень далёкая цель», — сказал Силберг.