Исследователи из Университета Тампере приняли участие в международном исследовании по разработке новых инструментов для управления клетками, активируемого светом. Эти инструменты особенно полезны для понимания процессов, в которых быстрый первоначальный сигнал приводит к долгосрочным изменениям в функции клеток или тканей. Модульная структура Lego, напоминающая кубики, делает инструменты широко применимыми для изучения разнообразных клеточных функций.
Управление биологическими функциями с помощью света открыло новые возможности в различных областях, особенно в нейробиологии. Свет позволяет строго контролировать активацию в определенном месте и обеспечивает контроль в разных масштабах, от отдельных клеток до целых организмов. На молекулярном уровне оптический контроль часто достигается за счет модифицированных белков, реагирующих на свет определенной длины волны.
Однако при использовании нынешних инструментов эффекты проявляются медленно, а устойчивые эффекты требуют постоянной активации света. Это не только ограничивает применимость этих методов для управления быстрыми процессами, но и приводит к нежелательной токсичности в изучаемых клетках или организмах.
Вместе с исследовательскими группами из Кембриджского и Питтсбургского университетов исследователи из Университета Тампере в Финляндии изучали способы преодоления ограничений существующих инструментов для светового контроля клеток. Опираясь на свой предыдущий опыт в области белков, образующих необратимые связи, команда поставила перед собой амбициозную цель: быстрый и безопасный для клеток контроль необратимого связывания белков.
Полученная в результате исследовательская статья «Специфическая белковая реакция, индуцированная видимым светом, определяет ранние стадии клеточной адгезии» была опубликована в Журнале Американского химического общества .
В качестве отправной точки команда использовала ранее разработанный «белковый суперклей» — пару пептид/белок SpyTag003/SpyCatcher003, демонстрирующую чрезвычайно быстрое необратимое связывание. Основанная на сконструированном белке Streptococcus pyogenes, пара пептид/белок SpyTag003/SpyCatcher003 позволяет собирать модульные структуры сложных белковых структур, напоминающие кубики Lego.
Чтобы достичь своей цели — оптического контроля белкового суперклея — команде пришлось выйти за рамки 20 аминокислот, составляющих человеческие белки. Используя модифицированный механизм синтеза белка из архебактерий, команда включила в белок SpyCatcher003 светореактивную неприродную аминокислоту. Неприродная аминокислота была стратегически размещена так, чтобы блокировать соединение пептид/белок до его активации под воздействием света.
«Короткого импульса света было достаточно, чтобы вызвать быстрое и эффективное образование необратимого комплекса пептид/белок как в пробирке, так и в живых клетках», — говорит профессор Марк Ховарт о работе фотоактивируемого SpyCatcher003. «Важно, что активация происходила только при определенных длинах волн света, что позволяло сочетать контроль белка с флуоресцентной микроскопией живых клеток».
Подтвердив свой подход к оптическому контролю необратимого связывания белков, команда стремилась использовать систему для ответа на фундаментальные вопросы клеточной биологии. Клетки человека прикрепляются к окружающей ткани посредством клеточных спаек; крупные белковые комплексы, состоящие из сотен различных белков. Постоянно реагируя на раздражители, возникающие как внутри, так и снаружи клетки, клеточно-матриксные спайки чрезвычайно динамичны.
«Их динамическая структура и огромная сложность затрудняют изучение клеточных спаек. Детали того, как первоначально формируются адгезии клеточного матрикса и как они реагируют на различные стимулы, остаются в значительной степени неизвестными», — говорит профессор Веса Хитонен, изучавший регуляцию клеточной адгезии. годами.
Команда разделила центральный белок адгезии, талин, на две половины и исследовала возможность использования недавно разработанных инструментов для световой активации белка талина внутри живых клеток.
«Мы были очень взволнованы, когда впервые поняли, насколько хорошо система работает в контроле сложных клеточных процессов, таких как образование адгезии и распространение клеток. После активации белка талина коротким импульсом света мы наблюдали немедленную реакцию клеток», — говорит научный сотрудник постдокторской диссертации Ролле Рахикайнен, ведущий автор исследовательской статьи.
Этот жесткий контроль над образованием спаек позволил команде изучить самые ранние события в формировании клеточных спаек. Отслеживая время рекрутирования белка в комплекс адгезии, команда смогла определить график событий в формировании комплекса адгезии. Результаты продемонстрировали потенциал светоактивируемого белкового суперклея для изучения сложных клеточных процессов. Результаты также открывают путь к всестороннему пониманию сложной структуры и функции адгезии .
Новые инструменты для быстрой и необратимой конъюгации белков расширяют границы того, что можно сделать с помощью оптического контроля клеток. Быстрая и необратимая конъюгация белков особенно ценна в процессах, когда короткий первоначальный сигнал приводит к долгосрочным изменениям в функции клеток или тканей. Примеры таких процессов включают регуляцию экспрессии генов во время дифференцировки стволовых клеток и активацию иммунных клеток при вирусных инфекциях. Важно отметить, что модульная структура новых инструментов делает их широко применимыми для управления широким спектром клеточных процессов.
No comments:
Post a Comment