Светящиеся сенсоры аминокислот отслеживают клеточные изменения в реальном времени

Исследователи из Университета Райса создали живые клетки, способные использовать 21-ю аминокислоту, которая подсвечивает изменения белков в реальном времени. Метод эффективен в бактериях, человеческих клетках и живых опухолевых моделях, что позволяет более этично изучать сложные заболевания, такие как рак.

Результаты опубликованы в Nature Communications.

Прорыв решает давнюю проблему в биологии: отслеживание тонких изменений белков, известных как посттрансляционные модификации (PTM), в живых системах. Эти модификации действуют как переключатели для различных процессов, включая рост, старение и болезни. Вместо разрушения клеток исследователи создали клетки, производящие светящуюся версию лизина. Когда эти переключатели активируются, свечение обеспечивает видимость в реальном времени.

«Эта система позволяет нам увидеть невидимую хореографию белков внутри живых клеток, — сказал Хань Сяо, автор-корреспондент. — Мы открываем прямое окно в то, как PTM управляют биологическими процессами у живых животных».

Хромофорное доказательство концепции

Исследователи использовали ферменты для производства ацетиллизина внутри клеток. Затем они генетически модифицировали бактерии и человеческие клетки для включения ацетиллизина в белки в определённых местах. Репортёрные белки, такие как флуоресцентный белок или фермент, испускают свет при добавлении или удалении PTM, подтверждая эффективность системы.

«Этот инновационный метод превосходит предыдущие подходы, устраняя необходимость во внешних химикатах и позволяя наблюдать изменения белков естественным образом», — отметил Сяо.

PTM и исследования рака

В качестве демонстрации сенсоры использовали для изучения деацетилазы SIRT1 — посттрансляционного регулятора, играющего роль в модуляции воспаления и давно обсуждаемого в онкологии.

Ингибирование SIRT1 блокировало его ферментативную активность, но, вопреки некоторым ожиданиям, не препятствовало росту опухоли в определённых клеточных линиях.

«Наблюдать свечение в ответ на события ацетилирования в живой ткани было захватывающе. Это открывает новые возможности для изучения механизмов болезней и действия лекарств», — сказал Сяо.

Широкие применения и будущие перспективы

Созданные клетки могут изменить подход к изучению PTM в таких областях, как старение и неврологические заболевания. Поскольку они работают в живых организмах, они могут отслеживать болезнь или лечение в реальном времени, а их световые сигналы хорошо подходят для масштабного скрининга лекарств, нацеленных на PTM-регулирующие ферменты.

Будущие улучшения могут распространить этот подход на другие типы PTM или системы органоидов человека, увеличивая релевантность платформы для персонализированной медицины.

«Эта технология живых сенсоров предлагает инновационный инструмент, который освещает динамичный мир PTM и обещает изменить наше понимание и лечение болезней, связанных с регуляцией белков», — сказал Ю Ху, первый автор исследования.