Ученые из МФТИ разработали новый способ детекции белок-белковых взаимодействий в живых клетках. Полученный инструмент позволит исследовать межбелковые взаимодействия в анаэробных условиях и обеспечит основу для дальнейшего развития флуоресцентных и оптогенетических инструментов на основе доменов LOV.
ФизТех
# бактерии
# белки
# клетки
# Оптогенетика
# флуоресценция
Белки в чашке петри / ©Анна Юденко
Результаты работы опубликованы в журнале ACS Synthetic Biology. Чтобы увидеть конкретный белок в клетке, недостаточно просто посмотреть в микроскоп, так как типичный размер белков составляет порядка 10 нм, что во много раз меньше длины волны видимого света, а большинство белков при этом бесцветны. Для решения этой задачи нужно как-то пометить интересующий нас белок.
Один из способов — генетически прикрепить к нему (то есть внести изменения в его последовательность ДНК) флуоресцентный белок, который будет светиться при воздействии светом определенной длины волны. Наиболее часто используется всем известный GFP (Green Fluorescent Protein), однако он работает не при любых условиях. В качестве альтернативы могут быть использованы так называемые LOV-домены. Один из таких белков был разработан ранее учеными из МФТИ.
Задача усложняется, если хочется не просто посмотреть на один белок, а обнаружить взаимодействия двух разных. Один из возможных подходов — это использовать так называемые разделенные (по-английски — split) белки.
Три способа разреза флуоресцентного LOV-домена. Синими и оранжевыми спиралями показаны модельные взаимодействующие белки. Серым показаны части флуоресцентного белка до взаимодействия. Зеленым показан светящийся LOV-домен. FMN (флавинмононуклеотид) — молекула, которая нужна для поглощения и испускания света / ©ACS Synthetic Biology / Copyright (2021) American Chemical Society
«Представьте, что мы разделили лампочку на две части и дали эти части двум людям. Когда два человека подойдут друг к другу (и только в этом случае), лампочка соберется из двух половинок и начнет светиться. В нашем случае два человека — это два белка, про которых мы хотим узнать, взаимодействуют ли они в клетке, и если да, то в какой именно ее части. А лампочка — это светящийся белок, который разделили на две части и прикрепили их к исследуемым белкам», — прокомментировала Анна Юденко, сотрудник Центра исследования молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ.
Однако подобрать такие части белка, которые после разделения смогут снова собраться и флуоресцировать, — большая работа. По отдельности части белка могут быть нестабильны или выпадать в осадок или наоборот связываться друг с другом слишком сильно. Чтобы уменьшить риски, ученые в первую очередь провели биоинформатический анализ, который показал наилучшие места для разрезания флуоресцентного белка.
После этого было создано несколько десятков генетических конструкций, в которых соединили последовательности ДНК, кодирующие модельные белки и половинки флуоресцентного белка. В результате были найдены наилучшие варианты, которые давали хороший сигнал как на бактериальных клетках — кишечной палочки — так и на клетках человеческой нейробластомы (рисунок 2).
Рисунок 2. Слева — клетка нейробластомы человека с собранными флуоресцентными белками, пришитыми к двум модельным взаимодействующим молекулам, которые скапливаются в митохондриях. Светятся в основном митохондрии. Справа — бактерии, в которых собрался разделенный флуоресцентный белок / ©ACS Synthetic Biology / Copyright (2021) American Chemical Society
Полученный инструмент позволит исследовать межбелковые взаимодействия в анаэробных условиях и обеспечит основу для дальнейшего развития флуоресцентных и оптогенетических инструментов на основе доменов LOV.
Источник: