Новые зонды позволяют количественно оценить уровни правильно и неправильно свернутых белков в клетках
Ученые из Исследовательского института Скриппс (TSRI) создали малые молекулы — зонды сворачивания, которые позволяют количественно определять функциональные, нормально свернутые и связанные с болезнями неправильно свернутые конформации (формы) интересующего белка в клетках при различных условиях.
Такие измерения в клетках были давно необходимы, поскольку неправильное сворачивание белков — основная причина повреждения тканей. Расстройства, связанные с избыточным нарушением фолдинга, затрагивают миллионы людей по всему миру и включают болезни Альцгеймера и Паркинсона, системные амилоидозы и прионные инфекции (типа "коровьего бешенства"), а также распространенные ферментные дефициты.
"Эта новая технология зондов должна привести к лучшему пониманию того, как сворачивать в клетках белки, склонные к неправильному фолдингу", — сказал Джеффри У. Келли, руководитель отделения молекулярной и экспериментальной медицины TSRI.
Исследование, проведенное под руководством Келли и его лаборатории, опубликовано в онлайн-версии журнала Proceedings of the National Academy of Sciences.
Глубокие последствия
Неправильно свернутые белки никогда не было легко отличить от их нормально свернутых аналогов, особенно внутри клеток, поскольку у них одинаковая последовательность аминокислот. Однако потеря нормально свернутой формы может иметь серьезные последствия — такой белок обычно теряет свою функцию в клетке. Хуже того, неправильное сворачивание может обнажить "липкие", ранее скрытые части белка, что заставляет его агрегировать с другими копиями себя, приводя к дисфункции тканей, которые плохо регенерируют.
В новом исследовании команда Келли стремилась селективно пометить только свернутые и функциональные конформации интересующего белка. В качестве доказательства принципа ученые использовали модель белка — ретроальдолазу, а также транстиретин (TTR), белок, чье неправильное сворачивание и агрегация, как известно, приводят к нескольким смертельным расстройствам.
Команде, особенно трем ведущим авторам (аспирантам Юй Лю и Юнь Лей Тан и научному сотруднику Синь Чжан), удалось осуществить реакцию мечения, создав "зонды сворачивания", которые ковалентно связывались с правильно свернутыми, функциональными формами белков, но не с неправильно свернутыми. Добавляя раствор молекул зонда к содержимому клеток, содержащих целевые белки, они смогли количественно определить свернутые целевые белки по свету, излучаемому флуоресцентными метками зондов.
К лучшим методам скрининга новых лекарств
Одним из наиболее важных применений новых зондов станет быстрый, "высокопроизводительный" скрининг больших библиотек соединений для выявления кандидатов в лекарства, которые предотвращают неправильное сворачивание белка, улучшая качество клеточного фолдинга. "Используя эти зонды для количественного определения концентрации функционального, свернутого белка, мы можем, например, искать соединения, которые повышают эту концентрацию", — сказал Синь Чжан, который вместе с Келли задумал и спроектировал исследование.
В этой работе исследователи преодолели еще одно препятствие для использования зондов в высокопроизводительном скрининге, создав зонд, флуоресцентная метка которого загорается не постоянно, а только при реакции со свернутым белком-мишенью. "Этот флуоресцентный сигнал быстро показывает вам концентрацию свернутого, функционального белка, которая была в клетке на момент лизиса", — пояснил Чжан.
Лекарства, уменьшающие неправильное сворачивание специфических белков за счет изменения клеточной биологии протеостаза, в будущем могут использоваться для предотвращения или отсрочки возрастных нейродегенеративных заболеваний, таких как болезни Альцгеймера и Паркинсона, и для лечения наследственных ферментодефицитных расстройств.