Наблюдение за репарацией ДНК в реальном времени с помощью сенсора для живых клеток

Исследования рака, тестирование безопасности лекарств и биология старения могут получить значительный импульс от нового флуоресцентного сенсора, разработанного в Утрехтском университете. Этот инструмент позволяет учёным наблюдать за повреждением и восстановлением ДНК в реальном времени внутри живых клеток. Разработка, открывающая путь к ранее невозможным экспериментам, опубликована в журнале Nature Communications.

ДНК в наших клетках постоянно повреждается солнечным светом, химическими веществами, радиацией или просто процессами жизнедеятельности. Обычно клетка быстро и эффективно устраняет эти повреждения. Но когда репарация даёт сбой, последствия могут быть серьёзными, способствуя старению, раку и другим заболеваниям.

До сих пор учёным было крайне сложно наблюдать эти процессы восстановления по мере их протекания. Большинство методов требовали умерщвления и фиксации клеток в разные моменты времени, предлагая лишь снимки процесса.

Сенсор повреждения ДНК

Исследователи из Утрехтского университета разработали инструмент, который полностью меняет ситуацию. Они создали сенсор повреждения ДНК, позволяющий наблюдать, как повреждение возникает и исчезает в живых клетках и даже в живых организмах. Исследование открывает дверь для ранее невозможных экспериментов.

Ведущий исследователь Тунджай Баубец описывает инновацию как способ заглянуть в клетку «не нарушая её работу». Он объясняет, что существующие инструменты, такие как антитела или нанотела, имеют тенденцию слишком прочно связываться с ДНК. После присоединения они могут мешать собственной репарационной системе клетки.

«Наш сенсор другой, — говорит он. — Он построен из частей, взятых из естественного белка, который клетка уже использует. Он сам присоединяется к месту повреждения и отсоединяется от него, поэтому мы видим подлинное поведение клетки».

«Это сработает»

Сенсор работает путём присоединения флуоресцентной метки к крошечному домену, позаимствованному из одного из собственных белков клетки. Этот домен кратковременно связывается с маркером, который появляется на повреждённой ДНК. Поскольку взаимодействие мягкое и обратимое, оно подсвечивает повреждение, не блокируя процесс восстановления.

Биолог Ричард Кардозо да Силва, который сконструировал и протестировал инструмент, хорошо помнит момент, когда понял, что у них получилось нечто особенное. «Я тестировал некоторые препараты и увидел, как сенсор загорается именно там, где это делали коммерческие антитела, — говорит он. — Это был момент, когда я подумал: это сработает».

Более реалистичная картина

Разница с предыдущими методами разительна. Вместо того чтобы проводить десять отдельных экспериментов для захвата десяти временных точек, учёные теперь могут следить за всем процессом восстановления в одном непрерывном «фильме». Они могут видеть, когда появляется повреждение, как быстро прибывают репарационные белки и когда клетка окончательно решает проблему. «Вы получаете больше данных, более высокое разрешение и, что важно, более реалистичную картину того, что на самом деле происходит внутри живой клетки», — говорит Кардозо да Силва.

От клеток в лаборатории до живых организмов

Команда не остановилась на культивируемых клетках. Коллеги из Утрехтского университета протестировали белок в черве C. elegans — живом организме, широко используемом в биологии. Сенсор показал там такие же хорошие результаты и выявил запрограммированные разрывы ДНК, которые образуются во время развития червя. Для Баубеца это был ключевой момент. «Это показало, что инструмент предназначен не только для клеток в лаборатории. Его можно использовать и в реальных живых организмах».

Открытие факторов, влияющих на репарацию

Теперь возможности простираются далеко за пределы простого наблюдения за восстановлением. Белок можно свободно присоединять к другим молекулярным частям. Это означает, что исследователи могут использовать его для картирования того, где в геноме происходит повреждение ДНК, а также для идентификации белков, собирающихся вокруг повреждённого участка. Они могут даже перемещать повреждённую ДНК в разные места внутри клеточного ядра, чтобы увидеть, какие факторы влияют на восстановление. «В зависимости от вашей креативности и вашего вопроса, вы можете использовать этот инструмент разными способами», — говорит Кардозо да Силва.

Более точные медицинские исследования

Хотя сам сенсор не является медицинским лечением, он может повлиять на медицинские исследования. Многие методы терапии рака действуют, намеренно повреждая ДНК опухолевых клеток. На ранних стадиях разработки лекарств учёным необходимо точно измерить, сколько повреждений ДНК вызывает соединение.

«Сейчас клинические исследователи часто используют для оценки этого антитела, — говорит Баубец. — Наш инструмент может сделать эти тесты дешевле, быстрее и точнее». Исследователи также представляют себе применение в клинической практике — от изучения естественных процессов старения до обнаружения воздействия радиации или мутагенов.

Доступно для всех исследователей

Их инструмент уже привлёк внимание. Другие лаборатории связались с ними ещё до публикации, стремясь использовать сенсор в своих собственных исследованиях репарации ДНК. Чтобы поддержать это, команда сделала инструмент открыто доступным. Баубец говорит: «Всё есть в сети. Учёные могут использовать его немедленно».