Биохимики разработали новую стратегию управления биологическими функциями ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) с помощью света и, таким образом, предоставили инструмент для исследования процессов, происходящих в клетках.
ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) является основой жизни на Земле. Функция ДНК заключается в хранении всей генетической информации, необходимой организму для развития, функционирования и воспроизводства. По сути, это биологическое руководство по эксплуатации, которое находится в каждой клетке. Биохимики из Университета Мюнстера разработали стратегию управления биологическими функциями ДНК с помощью света. Это позволяет исследователям лучше понимать и контролировать различные процессы, происходящие в клетке, например, эпигенетику, ключевое химическое изменение и регуляторный рычаг в ДНК. Результаты были опубликованы в журнале Angewandte Chemie.
Предпосылки и методология
Функции клетки зависят от особых молекул, ферментов. Ферменты - это белки, которые осуществляют химические реакции в клетке. Они помогают синтезировать продукты метаболизма, копировать молекулы ДНК, преобразовывать энергию для деятельности клетки, эпигенетически изменять ДНК и расщеплять определенные молекулы. Группа исследователей во главе с профессором Андреа Рентмайстер из Института биохимии Мюнстерского университета использовала так называемую ферментативную каскадную реакцию, чтобы лучше понять и отследить эти функции. Эта последовательность последовательных стадий реакции с участием различных ферментов позволяет переносить на ДНК так называемые группы photocaging - химические группы, которые можно удалить с помощью облучения светом. Ранее исследования показали, что только небольшие остатки (небольшие модификации, такие как метильные группы) могут быть очень избирательно перенесены в ДНК, РНК (рибонуклеиновую кислоту) или белки. «В результате нашей работы теперь можно переносить более крупные остатки или модификации, такие как только что упомянутые группы фотокаркаса», - объясняет Нильс Клёкер, один из ведущих авторов исследования и аспирант Института биохимии. Работая вместе со структурным биологом профессором Даниэлем Кюммелем, который также работает в Институте биохимии, также удалось объяснить основу измененной активности на молекулярном уровне.
Используя так называемую белковую инженерию - метод, за который в 2018 году была присуждена Нобелевская премия, - исследователи из Мюнстера сконструировали один фермент в каскаде, позволяющий включать и выключать функции ДНК с помощью света. С помощью белкового дизайна удалось расширить субстратный спектр ферментов - в данном случае метионинаденозилтрансфераз (МАТ). В своей работе исследователи изучили два MAT. Проведенные модификации являются отправной точкой для разработки других МАТ с расширенным спектром субстратов. «Объединение этих МАТ с другими ферментами имеет потенциал для будущих клеточных применений. Это важный шаг для использования ненатуральных веществ, генерируемых in situ, для других ферментов в эпигенетических исследованиях», - говорит Андреа Рентмайстер..