Созданы синтетические ферменты для изучения молекулярных механизмов развития

Биоинженеры из Техасского университета разработали синтетические ферменты, способные контролировать поведение сигнального белка Vg1, играющего ключевую роль в развитии мышц, костей и крови у эмбрионов позвоночных.

Исследователи используют новую систему Synthetic Processing (SynPro) на модельном организме — рыбках данио — чтобы изучить, как формируется Vg1. Цель — понять молекулярные правила образования сигналов у развивающегося организма, чтобы в будущем создавать механизмы (например, давать клеткам новые инструкции) для лечения или профилактики заболеваний.

Исследование под руководством доктора П.К. Дэйва П. Дингала опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Как работает система сигнализации

Учёные изучали взаимодействие двух белков: Vg1 и Nodal. Один из ключевых вопросов — почему Vg1 остаётся неактивным, пока не образует с Nodal более крупный белковый комплекс (гетеродимер). Этот комплекс секретируется из клеток и даёт сигнал эмбриональным клеткам-мишеням дифференцироваться в определённые ткани и органы.

Было обнаружено, что существуют белки-шапероны, которые связываются с Vg1 и удерживают его в неактивной форме (мономере). В присутствии Nodal шапероны высвобождаются, и тогда Nodal может образовать димер с Vg1.

Роль процессинга в активации

Оказалось, что само образование димера недостаточно для активации Vg1 и Nodal. Часть Vg1 в димере должна пройти дополнительный процессинг в других частях клетки, включая аппарат Гольджи. Там ферменты отрезают (расщепляют) ненужные аминокислоты от участка Vg1.

Чтобы исследовать этот процессинг, команда разработала способ манипулировать белком. Используя расщепляющий фермент, полученный из семейства вирусов, учёные создали синтетический фермент, который можно было направить на отщепление специфических аминокислот от Vg1 в эмбрионе данио.

Ключевое открытие

Было установлено, что гетеродимеры Vg1-Nodal не нуждаются в расщеплении перед тем, как высвободиться из клетки и связаться с рецепторами на клетках-мишенях. Однако для активации сигнализации на клетках-мишенях Vg1 должен подвергнуться расщеплению, в то время как расщепление Nodal не требуется.

В следующей фазе проекта исследователи планируют определить молекулярные правила, по которым белки-шапероны контролируют состав сигнальных комплексов.