Клеток-селективный анализ MACSPI у C. elegans. (А) Химическая структура и функции фото-АНА. (B) Химический протеомный подход к профилированию протеома и интерактома, специфичного для типа клеток. (C) Пространственная селективность достигается за счет контроля экспрессии мутанта MetRS, который может метить белки фото-ANA, с использованием клеточно-специфичных промоторов у трансгенных животных. Изображение:
Труды Национальной академии наук
(2024). DOI: 10.1073/pnas.2319060121

Многоклеточные организмы, такие как животные и растения, имеют сложные клетки с разнообразными функциями. Эта сложность возникает из-за необходимости клеток производить отдельные белки, которые взаимодействуют друг с другом. Это взаимодействие имеет решающее значение для выполнения клетками своих конкретных задач и формирования сложных молекулярных механизмов.

Однако нашему нынешнему пониманию таких белок-белковых взаимодействий часто не хватает клеточного контекста, поскольку они обычно изучаются в системе in vitro или в клетках, изолированных от их тканевого окружения. Эффективные методы исследования белок-белковых взаимодействий тканеспецифичным образом в значительной степени отсутствуют.

Чтобы преодолеть этот технологический разрыв, совместная исследовательская группа Гонконгского университета (HKU) под руководством профессора Сян Дэвида Ли с химического факультета и профессора Чаогу Чжэна из Школы биологических наук, оба с факультета естественных наук, вместе совместно с доктором Сюцун Бао из Школы биомедицинских наук медицинского факультета Ли Ка Шинга недавно разработали новый подход в области химической биологии.

Команда пометила белки из конкретных клеток с помощью бифункционального аминокислотного зонда, который позволяет изолировать меченые белки и фиксировать белок-белковые взаимодействия посредством фотосшивки.

Этот новый метод, клеточно-специфическая протеомика и интерактомика на основе аналога метионина (MACSPI), позволил команде идентифицировать множество новых тканеспецифичных белков и белковых взаимодействий, помогая нам лучше понять, как работают клетки в живых организмах, и изучить различные биологические проблемы. такие как развитие органов и патогенез заболеваний.

Работа недавно был опубликован в журнале Труды Национальной академии наук.

Инновационный дизайн

Команда разработала и синтезировала неприродную аминокислоту (фото-АНА), которая структурно похожа на метионин, встречающуюся в природе аминокислоту, но с двумя дополнительными компонентами.

Одним из компонентов является алкиновая группа, которую можно использовать в качестве химического маркера для экстракции и очистки меченых белков. Другая группа — диазирин, которая может активироваться светом для создания стабильных ковалентных связей между мечеными белками и любыми молекулами, с которыми они взаимодействуют.

Затем команда разработала фермент под названием MetRS, чтобы создать вариант, который может распознавать и включать неприродную аминокислоту в белки по мере их построения. Контролируя экспрессию этого сконструированного фермента в конкретных тканях, химическим зондом помечаются только белки из интересующей ткани. Более того, с помощью светоиндуцированной сшивки можно захватывать и изолировать белковые комплексы из конкретных тканей.

В качестве доказательства концепции команда применила метод MACSPI для анализа белков мышечных клеток и нейронов соответственно в модельном организме под названием C. elegans и обнаружила множество новых тканеспецифичных белков.

Команда также продемонстрировала полезность метода для выявления тканеспецифического белок-белкового взаимодействия путем идентификации тканеспецифичных взаимодействий повсеместно экспрессируемого белка, такого как молекулярный шаперон под названием HSP90. Было обнаружено, что HSP90 связывается с разными наборами белков, регулируя различные биологические процессы в мышцах и нейронах.

«Это исследование является отличным примером того, как инновационные методы химической маркировки могут помочь решить сложные биологические проблемы», — сказал профессор Сян Дэвид Ли.

«Понимание белок-белкового взаимодействия на клеточном уровне часто имеет решающее значение для расшифровки молекулярного механизма патологического процесса. Например, в настоящее время мы изучаем функции нейрональных взаимодействий HSP90, которые мы идентифицировали; некоторые из них, по-видимому, участвуют в нейродегенерации при болезни Паркинсона. модель заболевания», — сказал профессор Чаогу Чжэн.

Команда предполагает, что метод MACSPI можно использовать во многих многоклеточных организмах для профилирования протеомов и интерактомов с пространственной и временной специфичностью, что может облегчить широкий спектр биологических и биомедицинских исследований.

Предоставлено Университетом Гонконга

Источник: PHYS.org