Антитела - это биомолекулы, которые наша иммунная система использует для поиска, маркировки и уничтожения вторгающихся патогенов. Они работают, связываясь со специфическими мишенями, называемыми эпитопами, на поверхности антигенов - как замки с ключами.
В течение многих десятилетий ученые ловко использовали этот механизм селективного мечения в естественных антителах для создания зондов на основе антител, которые позволяют им очищать и изучать различные типы белков в клетках. Один проверенный метод, мечение эпитопов, включает в себя слияние эпитопа с интересующим белком и использование антител с флуоресцентной меткой, чтобы сделать эти белки видимыми, но только в фиксированных, мертвых клетках.
Теперь междисциплинарная группа исследователей из Университета штата Колорадо и Токийского технологического института добавила новый инструмент в арсенал зондов на основе антител, но с важным отличием: их генетически закодированный зонд работает в живые клетки. Работа, возглавляемая профессором CSU Monfort Тимом Стасевичем и профессором Tokyo Tech Хироши Кимурой, описана 3 июля в журнале Nature Communications.
По словам первого автора Нин Чжао, исследователя с докторской степенью в лаборатории Стасевича, который разработал большую часть экспериментов, их новый зонд на основе антител ласково называют «франкентелом». Подобно тому, как пришивают новые конечности к телу, ученые взяли участки связывания нормального антитела, «липкие части», и привили их к другому каркасу, который остается стабильным в живых клетках, но сохраняет специфичность антитела.
«Нас интересуют внутриклеточные антитела, поскольку их можно использовать в качестве реагентов для визуализации живых клеток», - сказал Стасевич, доцент кафедры биохимии и молекулярной биологии ЧГУ. «Вам не нужна метка, такая как зеленый флуоресцентный белок, потому что вместо этого у вас есть это флуоресцентное антитело, которое будет связываться с вашим белком, который вы хотите визуализировать».
Новый зонд станет полезным дополнением к зеленому флуоресцентному белку (GFP), широко распространенному биохимическому инструменту и предмету Нобелевской премии, связанной с генетическим слиянием светящейся зеленой метки с интересующим белком. Однако GFP ограничен своим относительно большим размером и временем, необходимым для флуоресценции; с новым зондом исследователей CSU метка меньше и флуоресцирует быстрее, поэтому «рождение» интересующего белка можно зафиксировать в режиме реального времени.
Стремясь сделать свой инструмент сразу же полезным, ученые разработали свой зонд для работы с классическим тегом HA. HA является широко используемой небольшой линейной эпитопной меткой, полученной из части белка гемагглютинина вируса гриппа человека.
«Долгое время люди искали белки, меченные HA, в фиксированных мертвых клетках», - сказал Стасевич. «Теперь мы можем представить динамику этих белков в живых клетках».
Возможности того, как ученые могут использовать новый зонд, безграничны. Лаборатория Стасевича особенно заинтересована в изучении трансляции РНК, и они планируют использовать свою новую систему для упрощения разработки новых экспериментов по визуализации РНК.
Добавил Чжао, метка HA крошечная - цепь всего из девяти аминокислот - и зонд генетически закодирован на плазмиде, которую можно легко перенести в клетку. Это отличается от традиционных антител, которые могут стоить лаборатории несколько сотен долларов за заказ, страдают от изменчивости от партии к партии и с трудом проникают в клетки. Таким образом, новый зонд от группы Стасевича представляет собой недорогое решение для визуализации трансляции белков и РНК.
В статье ученые продемонстрировали некоторые приложения, в том числе отслеживание отдельных белков, визуализацию трансляции одиночной РНК и визуализацию усиленной флуоресценции у эмбрионов рыбок данио. Все эти эксперименты усложняются при использовании традиционных флуоресцентных белковых меток.
Группа исследователей благодарна за поддержку, полученную от Национального института здоровья (грант № R35GM119728); Программа биомедицинских исследований Уэбба-Уоринга Фонда Бетчера; Японское общество содействия развитию науки (грант KAKENHI № JP18H05527); а также от программы CSU Catalyst for Innovative Partnerships и инициативы Tokyo Tech World Research Hub. Работа укрепляет связи между CSU и Токийским технологическим институтом.
«У нас есть несколько новых реагентов для визуализации в работе, которые основаны на этом успехе, поэтому я вижу большие перспективы», - сказал Стасевич.