Мощные технологии позволяют ученым изучать, как белки меняют форму внутри клеток — ScienceDaily

Новая технология ученых «Binder-tag», описанная в статье на камера, позволяет исследователям определять и отслеживать, какие белки имеют желаемую форму или «конформацию», и делать это в реальном времени внутри живых клеток. Ученые продемонстрировали эту технику, прежде всего, в фильмах, отслеживающих активное высвобождение важного сигнального белка — молекулы, в данном случае важной для роста клеток.

Сказал соавтор исследования Клаус Хан, доктор философии, заслуженный профессор фармакологии Рональда Турмана и директор Центра визуализации Olympus Университета Организации Объединенных Наций при Медицинской школе Университета Северной Каролины.

Работа была результатом сотрудничества лаборатории Хана и лаборатории эксперта по анализу изображений Тимоти Элстона, доктора философии, профессора фармакологии и содиректора программы вычислительной медицины в Медицинской школе Университета Северной Каролины.

очень маленькая фотография

Новый метод, как и все методы биологической визуализации, решает фундаментальную проблему, заключающуюся в том, что многие молекулы, действующие в живых клетках, не могут быть непосредственно и точно визуализированы с помощью обычного светового микроскопа. В чешуе, в которой работают белки, свет течет огромными волнами, которые огибают объекты и не могут сделать их острыми.

Один из способов решения этой проблемы, особенно когда необходимо визуализировать белки в естественной среде обитания живых клеток, — это пометить целевые белки флуоресцентными сигналами, чтобы, по крайней мере, излучение световых маяков можно было увидеть и зафиксировать непосредственно с помощью микроскопии — например, чтобы отобразить, где они находятся. В клетке работает определенный белок. Технология FRET (Forester Resonance Energy Transfer), основанная на экзотических квантовых эффектах, встраивает пары этих маяков в целевые белки таким образом, что их свет изменяется по мере изменения формы белка. Это позволяет изучить динамику белка при его трансформации внутри клеток. Но лады и другие современные методы имеют ограничения, такие как слабые флуоресцентные сигналы, которые сильно ограничивают их полезность.

Новый метод линкерной метки начинается со вставки небольшой молекулярной «метки» внутрь изучаемого белка и использования отдельной молекулы, которая связывается с меткой только тогда, когда белок, содержащий метку, принимает определенную форму или форму, например, когда белок активен, чтобы помочь клетке выполнять определенную функцию. Размещение соответствующих флуоресцентных маяков в молекуле связующего и / или метки эффективно позволяет исследователю визуализировать точные местоположения меченых белков конкретной интересующей формы с течением времени.

Этот метод совместим с широким диапазоном радиомаяков, в том числе гораздо более эффективным, чем пары взаимодействующих радиомаяков, необходимые для обычного FRET. По словам Хана, связующий тег можно использовать для упрощения создания датчиков FRET. Кроме того, молекулы связывающих меток были выбраны таким образом, чтобы ничто в клетках не могло взаимодействовать с ними и мешать их роли в визуализации.

Конечным результатом, по словам Хана, является мощная технология, которая в принципе может обрабатывать широкий спектр исследований динамики белков, которые ранее были труднодостижимыми, включая исследования белков, которые редко встречаются в клетках.

в камера В статье Хан и его коллеги обсуждают несколько демонстраций принципа. Они использовали новый метод для визуализации важного сигнального белка роста, называемого Src, чтобы раскрыть с беспрецедентной детальностью, как он формирует небольшие островки активности. Это, в свою очередь, позволило исследователям проанализировать факторы, влияющие на биологическую роль белка.

«Таким образом, мы можем увидеть, например, как различия микроокружения в клетке, часто очень сильно, влияют на то, что делает белок», — сказал Хан.

В настоящее время исследователи используют эту технику, чтобы составить карту динамики других важных белков. Они также проводят дальнейшие демонстрации, чтобы показать, как линкерная метка может быть сконструирована для захвата динамики очень разнообразных белковых структур и функций, а не только белков, которые действуют как Src.

Ученые предполагают, что лигазная метка в конечном итоге станет ключевой технологией для изучения нормальных белков, больших многомолекулярных структур в клетках и даже дисфункциональных белков, связанных с такими заболеваниями, как болезнь Альцгеймера.

«В отношении многих заболеваний, связанных с белками, ученые не смогли понять, почему белки начинают делать неправильные вещи», — сказал Хан. «Инструменты для получения этого понимания не были доступны».