Исследователи сообщают, что они разработали новую технику, которая использует свет для управления временем жизни белка внутри клетки. Этот метод позволит ученым лучше наблюдать, как определенные белки влияют на здоровье, развитие и болезни.
Предыдущие методы контроля уровня белка включали добавление химических веществ, которые разлагают определенные белки, сказал профессор биохимии Университета Иллинойса Кай Чжан, который руководил новым исследованием. По словам Чжан, использование света, метод, называемый оптогенетикой, является более эффективным и нетоксичным способом контроля уровня белка.
В более ранних подходах к оптогенетике ученые модифицировали определенные белки таким образом, что попадание света на клетку вызывало их разрушение, сказал Чжан.
«Мы хотели разработать систему, в которой можно было бы стабилизировать, а не разрушать целевой белок с помощью света», - сказал Пайел Мондал, аспирант лаборатории Чжана. «Это может иметь применение при раке, когда вы хотите стабилизировать ингибитор рака».
Белки активируются в клетках по-разному. Исследователи хотели убедиться, что их метод будет работать с любым интересующим белком.
Новый метод группы, названный GLIMPSe, включает в себя присоединение короткой пептидной последовательности, называемой degron, к белку-мишени, который сигнализирует клетке о необходимости его деградации. Свет побуждает клетку удалять дегрон, тем самым спасая белок от деградации. Этот метод позволяет ученым изучать, что происходит, когда белок присутствует или отсутствует в клетке, или когда он присутствует на более низких и более высоких уровнях.
Исследователи модифицировали два типа белков: киназу и фосфатазу.
«Если вы активируете киназу, она заставит клетку дифференцироваться в нейронную клеточную линию», - сказал Чжан. «Если вы активируете фосфатазу, она заблокирует эту дифференциацию».
«Мы продемонстрировали, что стабильность двух разных классов белков можно контролировать с помощью света», - сказал Мондал. «Мы наблюдали стабилизацию белка в течение 30 минут после использования света».
«Одним из ограничений этой системы является то, что после спасения белка у нас больше нет возможности контролировать его уровень», - сказал Чжан. «В конце концов, клетка расщепит белок».
Исследователи работают над разработкой новых методов для дальнейшего расширения своего контроля.
Выводы являются результатом многолетнего сотрудничества с Цзин Янгом, профессором сравнительной биологии Университета Иллинойса и соавтором статьи.
«Мы начали изучать эмбриональное развитие, и профессор Ян провел очень подробное исследование того, как работает дегрон», - сказал Чжан. «Объединив эмбриональное развитие с синтетической биологией, мы создали новые инструменты».
Команда Чжана изучает, как контролировать стабильность белка после его оптогенетического спасения и как использовать эту технику для изучения эмбрионального развития.
Новые результаты сообщаются ACS Synthetic Biology.