Новый метод выявляет ключевое единичное взаимодействие белков для дифференцировки эмбриональных стволовых клеток

Белки отвечают за большинство клеточных функций, но их взаимодействия в сетях сложны и мимолетны, что затрудняет определение наиболее важных связей.

Исследователи из Чикагского университета разработали новый метод для упрощения изучения белковых сетей и оценки важности отдельных взаимодействий. Они создали синтетические белки, способные взаимодействовать только с заранее заданным партнером, и ввели их в клетки. Это позволило выявить ключевое взаимодействие, регулирующее способность эмбриональных стволовых клеток превращаться в другие типы клеток. Результаты опубликованы 5 июня в журнале Molecular Cell.

"Наша работа предполагает, что кажущаяся сложность белковых сетей обманчива, и каждая клеточная функция может контролироваться цепью с участием небольшого числа белков", — сказал старший автор Шохей Койде, профессор биохимии и молекулярной биофизики.

Традиционно сети изучали, удаляя интересующий белок с помощью генной инженерии и наблюдая за последствиями. Однако это не дает информации о важности конкретных белковых взаимодействий.

Чтобы решить эту проблему, команда Койде разработала технику "направленного монтажа сети" (directed network wiring). На примере мышиных эмбриональных стволовых клеток они:

1. Удалили из клеток белок Grb2, необходимый для дифференцировки стволовых клеток.
2. Спроектировали синтетические версии Grb2, каждая из которых могла взаимодействовать только с одним белком из множества известных партнеров обычного Grb2.
3. Ввели эти синтетические белки обратно в клетку, чтобы определить, какое конкретное взаимодействие восстановит способность к дифференцировке.

"Название метода происходит от того, что мы создаем минималистичные сети. Сначала мы удаляем все линии связи, связанные с белком, и добавляем обратно только одну. Это анализ путем добавления", — пояснил Койде.

Несмотря на сложность белковой сети, связанной с развитием стволовых клеток, команда обнаружила, что восстановление всего одного взаимодействия — между Grb2 и фосфатазой Ptpn11/Shp2 — было достаточно, чтобы снова позволить стволовым клеткам дифференцироваться.

"Мы были очень удивлены, обнаружив, что замена множества взаимодействий на одно конкретное соединение для белка достаточна для поддержки развития клеток на следующую стадию. Наши результаты показывают, что сигналы в клетке проходят по дискретным и простым маршрутам", — отметил Койде.

Сейчас команда работает над оптимизацией метода "направленного монтажа сети" и его применением в других областях, например, в исследованиях рака. Упрощая изучение белковых взаимодействий, метод может открыть новые направления исследований и терапевтические подходы.

"Теперь мы можем создавать синтетические белки, которые гораздо сложнее природных, и использовать такие высокопроизводительные белки для развития науки и медицины", — заключил Койде.