Наноразмерное антитело, впервые обнаруженное у верблюдов, в сочетании с молекулой, разлагающей белок, является новой эффективной платформой для контроля уровня белка в клетках, считают ученые из Университета Райса. Этот метод может помочь в фундаментальных исследованиях клеточной динамики, а также в разработке синтетических генных цепей.
Инженер-химик и биомолекулярный рис Лаура Сегатори, бывший аспирант Вентинг Чжао и бывший студент Лара Пфердехирт изобрели бифункциональную систему распознавания, которую они назвали NanoDeg. Это позволяет им нацеливаться на определенные белки в клетке и строго регулировать их деградацию.
Система plug-and-play позволит биологам-синтетикам изучать функцию определенного белка в клеточной среде, оценивая, как уровень экспрессии белка влияет на жизнь клетки, сказал Сегатори.
Исследование опубликовано в журнале Американского химического общества ACS Synthetic Biology.
NanoDeg ускоряет протеолиз - ферментативное расщепление белков - для контроля уровней целевых белков после трансляции.
Одна функция исходит от одноцепочечного антитела верблюдовых, которое можно настроить для нацеливания на определенные белки. Когда антитела были обнаружены у верблюдов (а позже и у акул), исследователи быстро признали их уникальные свойства, в том числе небольшой размер, высокую растворимость и способность распознавать даже скрытые или находящиеся в промежуточном состоянии цели. Они намного меньше, чем антитела, встречающиеся в природе у людей и большинства других организмов, но их можно легко получить и модифицировать в бактериях и других клетках.
Другая функция связана с дегронами, короткими последовательностями в белках, которые отвечают за регулирование скорости деградации белка. Их также можно настроить для настройки истощения целевого белка до желаемого уровня.
В сочетании с NanoDegs они становятся мощной универсальной платформой для модуляции уровней клеточного белка, сказал Сегатори.
«По сути, это позволяет нам контролировать определенное количество белков в клетках», - сказала она. «Мы можем настроить его так, чтобы он нацеливался на любой белок в клетке, и как только нанотело с меткой дегрона связывается с этим партнером, весь комплекс разрушается.
«Преимущество этой системы в том, что она нацелена на экспрессию на уровне белка», - сказал Сегатори. «Обычно, когда люди хотят модулировать количество белков в клетках, они действуют на уровне ДНК или РНК - генетическом уровне. Но, действуя на уровне белков, мы можем нацеливаться на различные модификации после регуляции и, что гораздо более важно, у нас гораздо больше контроля над скоростью и степенью истощения белка."
В качестве доказательства принципа исследователи разработали синтетическую генную цепь, которая экспрессирует как зеленый флуоресцентный белок (GFP), который исследователи используют для описания клеточных процессов, так и NanoDeg, нацеленный на него. «Мы использовали GFP, потому что это широко используемый репортер, а флуоресценцию легко измерить», - сказал Сегатори. «Когда нанотело распознает GFP, весь комплекс подвергается деградации».
Также будет полезно тем, кто хочет получить более чистую информацию об активности белков в клетках.
«Скажем, вы разрабатываете генетическую схему, в которой экспрессия GFP активируется, когда клетка находится в состоянии стресса, например, при недостатке питательных веществ или жаре», - сказал Сегатори. «Когда клетка подвергается воздействию стимула, экспрессируется GFP, и вы можете обнаружить увеличение флуоресценции клеток.
«Но когда вы убираете стимул, затухание сигнала не обязательно отражает затухание стимула; это отражает стабильность репортера GFP», - сказала она.«Что мы сделали, так это создали генную цепь, в которой экспрессия GFP активируется под действием стимула, но когда стимул отключается, NanoDeg очень быстро разрушает GFP. Это увеличивает чувствительность и динамическое разрешение синтетической генной схемы».