Новый зонд для отслеживания модификаций гистонов в живых клетках

Ученые из Токийского технологического института разработали чувствительный флуоресцентный зонд на основе антитела, который специфически обнаруживает монометилирование лизина 20 в гистоне H4 в живых клетках. Этот инструмент позволит отслеживать динамику модификаций гистонов и целостность генома в отдельных живых клетках, не нарушая их функций.

Целостность генома в живых клетках поддерживается упаковкой ядерной ДНК в хроматин, который защищает ее от повреждений и контролирует репликацию и экспрессию генов. Гистоны — основные белковые компоненты хроматина, а их посттрансляционные модификации регулируют его структуру и играют ключевую роль в таких процессах, как репарация и репликация ДНК, митоз и др. Метилирование гистона H4 по лизину 20 (H4K20) эволюционно консервативно и существует в трех состояниях: моно-, ди- и триметилирование, каждое из которых имеет свои биологические функции. Традиционные методы изучения этих модификаций ограничены работой с фиксированными (мертвыми) клетками.

Чтобы решить эту проблему, группа ученых под руководством профессора Кимуры создала генетически кодируемый зонд для визуализации в живых клетках, позволяющий чувствительно отслеживать внутриклеточную пространственно-временную динамику монометилирования H4K20 (H4K20me1). Зонд, названный mintbody (modification-specific intracellular antibody), представляет собой одноцепочечный вариабельный фрагмент антитела, меченный флуоресцентным белком, и демонстрирует высокую специфичность к H4K20me1 в живых дрожжевых, млекопитающих клетках и даже многоклеточных организмах.

H4K20me1, вероятно, связан с плотной упаковкой инактивированной женской X-хромосомы (Xi) в гетерохроматин. На модели круглого червя Caenorhabditis elegans ученые показали, что H4K20me1-mintbody можно использовать для мониторинга изменений H4K20me1 в течение клеточного цикла и локализации дозокомпенсированных X-хромосом, не нарушая функцию клетки.

Исследование также выявило ключевые аминокислоты, ответственные за конформационную стабильность, растворимость и, как следствие, функциональную эффективность mintbody, с помощью рентгеновской кристаллографии и генетического анализа. Это предлагает возможное решение проблемы ограниченной растворимости внутриклеточно экспрессируемых фрагментов антител из-за их аномального сворачивания в цитоплазме.

В будущем создание дополнительных mintbody, специфичных к различным посттрансляционным модификациям гистонов, облегчит выявление регуляторных механизмов, контролирующих эпигенетические модификации.