Наноразмерная платформа для контроля уровня белков

Ученые из Университета Райса создали эффективную платформу для контроля уровня белков в клетках, объединив наноантитело, впервые обнаруженное у верблюдов, с молекулой, запускающей деградацию белков. Эта техника может помочь как фундаментальным исследованиям клеточной динамики, так и проектированию синтетических генетических цепей.

Исследователи под руководством инженера-химика Лауры Сегартори создали бифункциональную систему распознавания, названную NanoDeg. Она позволяет нацеливаться на специфические белки в клетке и строго регулировать их деградацию.

Эта модульная система позволит синтетическим биологам изучать функцию конкретного белка в клеточной среде, оценивая, как уровень его экспрессии влияет на жизнедеятельность клетки.

Исследование опубликовано в журнале Американского химического общества ACS Synthetic Biology.

NanoDeg ускоряет протеолиз — ферментативное расщепление белков — чтобы контролировать уровень целевых белков после трансляции.

• Первая функция основана на однодоменных антителах (наноантителах) из семейства верблюдовых, которые можно настроить для связывания с конкретными белками. Они отличаются малым размером, высокой растворимостью и способностью распознавать даже скрытые мишени.
• Вторая функция использует дегроны — короткие последовательности в белках, регулирующие скорость их деградации. Их также можно кастомизировать для настройки скорости удаления целевого белка до нужного уровня.

Объединенные в NanoDeg, они становятся мощной универсальной платформой для модуляции клеточного уровня белков.

«По сути, это позволяет нам контролировать конкретное количество белков в клетках, — говорит Сегартори. — Мы можем настроить систему на любую мишень, и как только помеченный дегроном наноантитело свяжется с ней, весь комплекс отправляется на деградацию».

Ключевое преимущество системы — работа на уровне белка, а не ДНК или РНК. Это позволяет:

• Нацеливаться на различные посттрансляционные модификации.
• Осуществлять более точный контроль над скоростью и степенью удаления белка.

В качестве доказательства концепции ученые создали синтетическую генную цепь, экспрессирующую зеленый флуоресцентный белок (GFP) и NanoDeg, нацеленный на него. Когда наноантитело связывается с GFP, комплекс быстро деградирует.

Эта система также повысит точность исследований активности белков. Например, в генной цепи, где экспрессия GFP активируется при стрессе (голодание, жара), после прекращения стимула сигнал (флуоресценция) затухает медленно из-за стабильности GFP. NanoDeg позволяет быстро деградировать GFP после отмены стимула, что повышает чувствительность и динамическое разрешение синтетической генной цепи.