Разработан светоактивируемый белковый суперклей для быстрого и точного контроля клеток и тканей
Международная группа исследователей, включая учёных из Университета Тампере, создала новые инструменты для светоактивируемого контроля клеток. Эти инструменты особенно полезны для изучения процессов, где быстрый начальный сигнал приводит к долгосрочным изменениям в функции клетки или ткани. Модульная структура, подобная кирпичикам Lego, делает инструменты широко применимыми.
Преодоление ограничений существующих методов
Оптический контроль биологических функций, особенно в нейронауках, позволяет добиться точной активации в конкретном месте и в разных масштабах. Однако текущие методы часто имеют медленную скорость реакции, а для поддержания эффекта требуется постоянное освещение, что ограничивает применимость и может вызывать токсичность.
Разработка светоактивируемого "суперклея"
Исследователи из Университета Тампере, Кембриджского университета и Университета Питтсбурга поставили цель добиться быстрого и безопасного для клеток контроля над необратимым связыванием белков. За основу была взята ранее разработанная пара пептид/белок SpyTag003/SpyCatcher003 — «белковый суперклей», обеспечивающий чрезвычайно быстрое необратимое связывание.
Для оптического контроля этой пары команда использовала модифицированный белковосинтезирующий аппарат архей, чтобы включить в белок SpyCatcher003 светореактивную неестественную аминокислоту. Она была стратегически размещена, чтобы блокировать связывание до активации светом.
«Короткого импульса света было достаточно, чтобы запустить быстрое и эффективное образование необратимого пептид/белкового комплекса как в пробирке, так и в живых клетках», — говорит профессор Марк Ховарт.
Активация происходила только при определённых длинах волн, что позволило совместить контроль над белком с флуоресцентной микроскопией живых клеток.
Применение для изучения клеточной адгезии
Команда применила систему для исследования фундаментальных вопросов в клеточной биологии, в частности, для изучения клеточно-матриксных адгезий — сложных динамичных белковых комплексов, с помощью которых клетки прикрепляются к окружающей ткани.
Исследователи разделили ключевой белок адгезии талин на две части и использовали новый инструмент для его световой активации внутри живых клеток.
«Мы были очень взволнованы, когда впервые увидели, насколько хорошо система работает в контроле сложных клеточных процессов, таких как формирование адгезии и растекание клетки. После активации талина коротким импульсом света мы наблюдали немедленный клеточный ответ», — говорит постдок Ролле Рахикайнен, ведущий автор статьи.
Этот точный контроль позволил изучить самые ранние этапы формирования адгезий. Отслеживая время рекрутирования белков в адгезионный комплекс, команда смогла определить временную шкалу событий.
Значение и перспективы
Новый инструмент для быстрого и необратимого связывания белков расширяет границы возможностей оптического контроля клеток. Он особенно ценен для изучения процессов, где короткий начальный сигнал ведёт к долгосрочным изменениям, например:
- Регуляция экспрессии генов при дифференцировке стволовых клеток.
- Активация иммунных клеток при вирусных инфекциях.
Модульная структура делает эти инструменты широко применимыми для контроля множества клеточных процессов.
Исследование опубликовано в журнале Journal of American Chemical Society.