Ученые Университета Райса научились шпионить за клетками с помощью стратегии «разделяй и властвуй» для маркировки белков.
Аспирантка Эмили Томас, биолог-синтетик Джонатан Силберг и их коллеги опирались на проверенные методы присоединения биоортогональных (не мешающих друг другу) искусственных аминокислот к транспортной РНК (тРНК), которые используются рибосомами для синтеза белков.
Поскольку аминокислоты являются «неканоническими», они являются эффективными метками, которые помогают исследователям идентифицировать белки, синтезируемые в клетке. Прорывом лаборатории Райса стало открытие синтетазы тРНК, которая добавляет аминокислоту к тРНК только тогда, когда она связывает химическое вещество. По запросу тРНК-синтетаза заряжает тРНК биоортогональной аминокислотой, которая затем используется рибосомами для вставки метки в белки, образующиеся в клетке.
Эти биоортогональные метки дают исследователям представление об общем синтезе белка в клетке. «Вместо того, чтобы физически отделять клетку от смеси, чтобы найти образующиеся белки, мы можем использовать этот инженерный переключатель, чтобы насадить что-то вроде рыболовного крючка на каждый белок в конкретной клетке», - сказал Силберг. «Этот подход позволит нам усилить пространственный и временной контроль над маркировкой белков, синтезируемых в данной клетке».
Поскольку многие белки появляются и исчезают во время развития организма или распространения болезни, этот метод может быть полезен для выявления клеточных изменений, лежащих в основе болезни. Томас охарактеризовал ее технику как «протеиновый шпион».
«Он следит за тем, какие белки вырабатываются внутри клетки», - сказала она. «Существующие технологии просто следят за всем, но я хочу быть более конкретным. Я хочу больше контролировать, когда я включаю или выключаю свой шпион, чтобы я мог отслеживать только интересующие меня ячейки».
Исследователи использовали аминокислоту азидонорлейцин (Anl) для маркировки белков в клетках бактерий Escherichia coli. Сконструированный Томасом переключатель управляется как вентиль И компьютерной программы. Переключатель эффективно заряжает тРНК с помощью Anl только тогда, когда переключатель синтезирован и в клетке присутствует химическое вещество, которое переключает переключатель.
Сильберг сказал, что этот метод предоставит исследователям новый контроль над транскрипцией и мечением белков. «В биологии человека большая часть контроля осуществляется на уровне ДНК, но за последние 20 лет стало очевидным, что большая часть контроля также осуществляется на уровне белков», - сказал он. «В нашем геноме меньше генов, чем первоначально предполагалось, потому что в протеоме есть еще один уровень сложности - набор белков, экспрессируемых геномом.
«Белки - это рабочая сторона клетки», - сказал он. «Они обеспечивают структуру и передают большую часть сигналов внутри клетки. Они создают большую сложность, которую мы наблюдаем. клеток в разное время развития и позволяет сравнивать здоровые и больные клетки.
«Перспектива сделать это на людях - это генетический эквивалент полета на Марс прямо сейчас», - сказал Силберг. "Это далеко."