Создан световой «пульт дистанционного управления» для белков внутри клеток

Ученые из Стэнфордского университета разработали внутриклеточный «пульт дистанционного управления» — простой способ активировать и отслеживать белки с помощью лучей света.

Новый метод, описанный в статье, которая будет опубликована 9 ноября в журнале Science, позволяет исследователям подсветить определенную область клетки, чтобы быстро активировать белок в этом месте, обеспечивая необычно детальный обзор локализации и времени активности белка. Кроме того, метод в перспективе может позволить врачам направлять движение и активность стволовых клеток, используемых для лечения травм или болезней в доступных для света частях тела, таких как глаз или кожа. Стэнфорд подал заявку на патент.

Метод включает сращивание двух частей специфического флуоресцентного белка с другими изучаемыми белками. Полученные гибриды — флуоресцентные, индуцируемые светом белки (FLIPs) — обладают двумя интересными особенностями: они не только активируются светом, но и начинают светиться менее ярко при активации, что дает простой способ отслеживать активность белка.

«Это как иметь пульт для открывания гаражных ворот, который также показывает, открыты они или закрыты», — сказал Майкл Лин, доктор медицины и философии, старший автор статьи.

Секрет метода в использовании частей флуоресцентного белка Dropna, похожего на липучку. В темноте единицы Dropna слипаются и флуоресцируют. Под голубым светом они отсоединяются и начинают тускнеть. Команда Лина присоединила единицу Dropna к каждому концу изучаемых белков, чтобы создать FLIPs. В темноте единицы Dropna слипались и физически блокировали активные центры белков. Когда на белки направляли голубой свет, единицы Dropna расходились, обнажая активный центр белка, чтобы он мог работать. При этом они начинали светиться слабее, сигнализируя, что FLIP включен.

Проще всего создавать FLIPs из белков, которые сворачиваются так, что оба их конца находятся рядом с активным центром. Команда сейчас работает над тем, чтобы прикреплять единицы Dropna к другим частям белка, а не только к концам. С этой модификацией Лин ожидает, что FLIPs можно будет создать из большинства белков, интересующих ученых.

«Для научных гиков это очень интересно, поскольку объединяет две захватывающие области: биологическое зондирование, в котором доминировали флуоресцентные белки, и оптогенетику — использование света для исследования биологии», — сказал Лин.

Новый метод сочетает в себе преимущества обеих техник и является первым случаем применения методов оптогенетического типа к отдельным белкам.

Вне исследовательской лаборатории метод можно использовать для направления стволовых клеток, введенных с терапевтической целью. Например, если стволовые клетки сконструировать так, чтобы они содержали FLIPs, контролирующие подвижность клеток, то луч света мог бы направлять имплантированные клетки в определенное место. Аналогично, FLIPs и правильно рассчитанные световые импульсы можно использовать для контроля за тем, что делает стволовая клетка, достигнув цели.

«Если подумать о том, как мы могли бы использовать стволовые клетки для регенерации тканей, нам может понадобиться контроль над тем, куда идут клетки, когда они размножаются и когда умирают», — сказал Лин. В настоящее время это применение наиболее вероятно для тканей на поверхности тела, таких как глаз и кожа, поскольку врачам потребуется возможность доставлять свет к месту лечения.