Белок с подсветкой

Биохимики разработали новый метод флуоресцентной маркировки белков, который в буквальном смысле позволит «пролить свет» на внутриклеточные процессы, которые ранее никому не доводилось наблюдать.

Новый флуоресцентный зонд выборочно «подсвечивает» белки, находящиеся в клеточной мембране

Зеленый флуоресцентный белок, известный также как GFP, в свое время произвел революцию в цитологии, его открыватели и разработчики технологии применения были удостоены Нобелевской премии в 2008 г. (мы рассказывали об этом в статье «Кому досталось золото»).

Выделенный из тихоокеанской медузы Aequorea victoria зеленый флуоресцентный белок начал широко применяться для лабораторных исследований в 1990-х годах. GFP позволяет ученым визуализировать отдельные белки и отслеживать происходящие в клетке процессы.

Однако использование GFP в качестве флуоресцентного зонда имеет один существенный недостаток – белок этот настолько громоздкий, что может вмешиваться в «деятельность» маркируемых белков, не позволяя им выполнять свои задачи или достигать места назначения.

Исследователи из MIT сумели преодолеть эти ограничения, используя для маркировки белков более «компактный» зонд, позволяющий «подсвеченному» белку выполнять свои обычные функции. Новый метод предоставляет ученым возможность наблюдать внутриклеточные процессы, которых ранее никто не видел. 

Впервые выделенный в 1962 году, GFP позволяет ученым отслеживать перемещения белков внутри клетки, определять их роль в метаболизме и процессе деления клеток. Для этого ген GFP присоединяется к гену, кодирующему изучаемый белок. После этого искусственно созданный ген вводится в клетку, которая начинает производить светящиеся зеленым белки. 

Однако из-за достаточно крупного размера (238 аминокислот) GFP не слишком хорошо «уживается» с некоторыми белками, например, актином – молекулой, ответственной за формирование цитоскелета клеток, а также участвующей в процессах деления и межклеточного взаимодействия. 

Ученые давно используют GFP для изучения актина, но слияние с флуоресцентным белком негативно влияет на подвижность актина и его функции. Чтобы преодолеть эти ограничения, исследователи из MIT использовали голубой флуоресцентный зонд, намного меньший по размерам, чем GFP. В отличие от GFP, новый зонд не присоединяется к белку-цели, когда тот формируется внутри клетки. Вместо этого зонд «подключается» к целевому белку позже посредством нового фермента, также разработанного группой исследователей. 

Чтобы это заработало, ученым необходимо добавить ген этого энзима в каждую клетку одновременно с зондом. К белку-цели добавляются короткие (13 аминокислот) пептидные цепочки, которые позволяют ферменту «узнать» этот белок. Когда голубой флуоресцентный зонд попадает в клетку, он «прицепляется» к белку-цели, используя фермент как связующее звено. 

При данном подходе, такие протеины, как актин, могут свободно перемещаться внутри клетки и проникать в ядро даже с «прицепом» из флуоресцентного зонда. 

Исследователи также продемонстрировали возможность маркировки белков в отдельных частях клетки, например, ядре, клеточной мембране или цитозоле. Для этого фермент «привязывается» к генетическим последовательностям, специфичным для белков, расположенных в данной части клетки. Таким образом, флуоресцентный зонд прицепляется только к белкам, расположенным именно там, где нужно. 

Сейчас исследователи работают над созданием ферментов, способных работать с другими типами зондов. 

По сообщению MIT News