Метод вызывает селективную деградацию белков для анализа

Учёные из Университета Людвига-Максимилиана (LMU) в Мюнхене разработали инструмент для удаления жизненно важных белков из клеток с помощью вспышки света. Новый метод позволяет изучать функции эссенциальных белков.

Белки не только формируют клеточную архитектуру, но и выполняют большинство исполнительных функций, выступая высокоспецифичными катализаторами. Они участвуют во всех фундаментальных биологических процессах, включая метаболизм, рост и деление клеток. Повреждение или удаление белка — стандартный способ изучения его роли, но для эссенциальных белков этот подход неприменим, так как их отсутствие приводит к гибели организма.

Исследователи под руководством профессора Генриха Леонхардта из Биоцентра LMU обошли эту проблему. Их метод использует свет или специфические химические вещества для запуска селективной деградации целевого белка. Процедура описана в журнале Nature Communications.

«Мы перепрограммировали клеточную систему утилизации отходов», — говорит Леонхардт. Обычно белки, предназначенные для утилизации, маркируются молекулой убиквитина, после чего разрушаются протеасомой. Новая система использует нанотела для нацеливания на интересующий белок. Нанотело доставляет специализированную лигазу, которая присоединяет убиквитиновую метку, и белок отправляется в протеасому для деградации.

Для контроля процесса учёные добавили «переключатель». Целевой белок маркируется только при активации этого переключателя светом или малыми молекулами. «Мы можем регулировать уровни белков непрерывно, как с помощью диммера, устанавливая нужную концентрацию и наблюдая за последствиями для клеточных процессов», — объясняет Леонхардт.

Исследователи сначала применили систему для изучения белка, критически важного для репликации ДНК. «Мы временно истощили этот белок в клетках и смогли выяснить его роль в репарации ДНК», — говорит ведущий автор исследования Вэнь Дэн. Результаты показали, что белок действует как центральный каркас для загрузки других белков репарации.

Ещё одно преимущество метода — возможность применения в целых организмах. В сотрудничестве с группой профессоры Барбары Конрадт учёные использовали систему для изучения запрограммированной гибели клеток у нематоды Caenorhabditis elegans. «Истощив белок-«палач» с помощью новой системы, мы смогли предотвратить гибель соответствующей дочерней клетки и получить представление о процессе», — говорит Леонхардт.

Поскольку убиквитин-протеасомная система существует у всех высших организмов, а также у архей и некоторых бактерий, метод может быть широко применим для изучения функций жизненно важных белков.