Расстаться и снова собраться всегда сложно, но для белков это практически невозможно.
Однако управляемый компьютером алгоритм может помочь ученым найти правильное место для расщепления белка, а затем восстановить его функциональность, согласно группе биохимиков и биофизиков, которые сообщают о своих открытиях сегодня (2 октября) в Связь с природой. Они добавляют, что это может стать еще одним шагом - возможно, даже танцевальным шагом - к использованию химических и световых сигналов для создания новых медицинских методов лечения и биосенсоров.
«Моя лаборатория заинтересована в изучении того, как работает клеточная жизнь, нацеливаясь на молекулярные игроки, такие как белки и РНК, и в этой связи мы разрабатываем инструменты для контроля над этими игроками», - сказал Николай В. Дохолян., Дж. Томас Пассананти, профессор Медицинского колледжа штата Пенсильвания.
Мы хотим, чтобы эти белки реагировали определенной активностью, основанной на световых - оптогенетических - или химических - хемогенетических - сигналах, которые мы обеспечиваем. Итак, просто освещая светом или добавляя химическое вещество, клетка начинает чтобы они двигались, танцевали или делали что угодно, основываясь на белке, который мы контролируем».
Белки, свернутые в сложные трехмерные структуры, немного напоминающие молекулярные леденцы, играют роль во многих наиболее важных процессах организма, включая взаимодействие между клетками, построение ДНК и создание антител.
В прошлом исследователи обнаружили, что они могут расщеплять белки, используя световые и химические сигналы, но поиск точного места для расщепления был делом проб и ошибок, что было бы непрактично для реальных медицинских процедур и научных исследований. процедуры.
Процесс расщепления белка немного похож на расщепление яблока, но когда люди расщепляют яблоки, у них обычно нет никакого намерения собирать кусочки обратно в здоровое яблоко, сказал Онур Даглиян, научный сотрудник в области нейробиологии., Гарвардская медицинская школа. Даглиян работал над исследованием с Дохоляном и Клаусом М. Ханом, заслуженным профессором фармакологии Турмана Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл.
«В этой конкретной работе мы попытались установить принципы проектирования того, как можно посмотреть на структуру или последовательность белка и определить сайты, которые обеспечивают это расщепление и повторную сборку», - сказал Даглиян..
Чтобы найти лучшие места для расщепления белков, исследователи проанализировали, как некоторые белки были расщеплены в прошлом, и использовали эти данные для создания математической модели структуры белка или модели физической оценки. Таким образом, модель дала исследователям возможность находить места с лучшими шансами на успешное разделение.
Исследователи использовали алгоритм для определения сайтов разделения на ряде белков, включая тирозинкиназу Lyn, ингибитор диссоциации гуанозиновых нуклеотидов и фактор обмена гуанина.
Способность расщеплять белки, а затем снова делать их функциональными, может иметь далеко идущие последствия, считают исследователи. Команда, например, может увидеть будущее использование этой техники в таких методах лечения, как терапия CAR Т-клетками. При терапии CAR T-клетками врачи берут иммунные клетки пациентов из их тела и модифицируют их для уничтожения аномальных клеток, таких как раковые клетки. Затем врачи повторно вводят эти модифицированные клетки пациентам.
«Если мы хотим доставить что-то - сконструированную клетку, или стволовую клетку, или сконструированную бактериальную клетку, например, - в организм для терапевтических целей, мы можем не захотеть, чтобы они были активны все время», - сказал Даглиян. «Вы хотите включать и выключать их, и люди в этой области пытаются найти способы контролировать эти белки, просто чтобы иметь возможность контролировать эти клетки. Итак, это одна из возможностей, на которую можно было бы обратить внимание."
Даглиян добавил, что этот процесс можно использовать для прикрепления биосенсоров к белкам, которые затем можно использовать для определения не только поведения одного белка, но и того, как работают сети белков.
Расщепление белков станет еще одним инструментом для медицинских исследователей, сказал Дохолян, добавив, что его лаборатория помогла разработать оптогенетическую и хромогенетическую передачу сигналов отдельных белков и групп белков.
Исследователи разместили программу в Интернете по адресу
"Это инструмент, который в основном автоматизирует процесс, так что он не поможет нам таким образом контролировать только один белок, а станет целой платформой - и эта платформа теперь доступна для ученых по всему миру", - сказал Дохолян.