Ученые расширили инструментарий для изучения клеточных функций

Ученые из кампуса Института Скриппса (TSRI) во Флориде разработали новый инструмент для изучения молекулярных деталей структуры белков.

Их исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, показывает, как эволюцию можно использовать для открытия новых и полезных ферментных инструментов — протеаз.

Протеазы расщепляют белки на более мелкие пептидные фрагменты, которые затем можно проанализировать, чтобы определить идентичность белка и наличие химических модификаций, способных изменить его функцию.

Новая протеаза, созданная в ходе исследования, помогает изучать эти химические изменения — посттрансляционные модификации. Это изменения, вносимые в белки после их трансляции с РНК.

«Мы должны наблюдать эти модификации белков непосредственно через химический анализ; мы не можем прочитать их из последовательности ДНК», — пояснил старший автор исследования Брайан М. Пагель, доцент TSRI.

Эти модификации могут кардинально изменить стабильность и функцию белка, а их нерегулируемое появление может привести к заболеваниям, таким как рак. Поэтому понимание природы и локализации таких модификаций критически важно на ранних этапах разработки лекарств.

В настоящее время ученые полагаются на метод масс-спектрометрии для изучения посттрансляционных модификаций. С его помощью анализируют пептиды, чтобы увидеть изменения их массы — это позволяет «приблизить» изображение белка и рассмотреть скрытые детали. Неожиданное изменение массы может указывать на наличие посттрансляционной модификации.

Многие ученые используют протеазу трипсин для расщепления белков на пептиды. Поскольку для масс-спектрометрии доступно мало других протеаз, трипсин стал рабочей лошадкой в этой области. Однако, как пояснил Пагель, попадание модифицированного участка в пептид после расщепления трипсином — дело случая. Поэтому исследователи решили создать новый инструмент, который бы расщеплял белок непосредственно в месте модификации.

Для решения этой проблемы Пагель разработал новый «мутантный» трипсин, используя метод «направленной эволюции». Ученые создали тысячи мутантов трипсина и протестировали способность каждого из них расщеплять белок в местах модификаций. Они обнаружили мутант, способный расщеплять белки по цитруллину — одному из типов модификаций.

Пагель считает, что этот новый подход может быть полезен для картирования более широкого спектра посттрансляционных модификаций. Он надеется использовать направленную эволюцию для открытия протеаз, нацеленных на многие другие модификации.

«Думаю, мы находимся на пороге взрывного роста новых инструментов для масс-спектрометрии», — сказал он.