Ученые научились изменять состояния белка с помощью светочувтвительного домена-переключателя. Полученные белки функционируют как природные, только реагируют на свет а не на другие молекулы. Это поможет в изучении работы белков и их влияния на работу клеток in vivo. Отчет об исследовании опубликован в журнале Science.
Белки благодаря своей способности обратимо изменять пространственную структуру способны выполнять разнообразные функции. Они участвуют в клеточном движении, переносят другие молекулы и служат катализаторами биологических реакций. Для выполнения этих функций белкам необходимо при определенных воздействиях переключаться между разными состояниями (конформациями), принимая активную или неактивную форму.
Чтобы изучасть действия белков в разных конформациях и их влияние на клеточный метаболизм, ученые используют различные механизмы искусственного переключения. Наиболее перспективный из механизмов – аллостерическая регуляция, она присутствует у сложных ферментов: к регуляторному центру белка присоединяются молекулы, активируя или ингибируя каталитический центр. В лабораториях аллостерический переключатель прикрепляют недалеко от активного центра так, чтобы он не мешал работе центра и изменял его структуру при воздействии малыми молекулами.
В новой работе ученые из Университета Северной Каролины и Института Макса Планка использовали как аллостерический регулятор не обычный хемочувствительный, а фоточувтсвительный домен. В качестве белка-основы они взяли мутантную, постоянно активную Src киназу, которая участвует в процессах клеточного роста. В последовательность этого белка вставили светочувствительный домен LOV2, чьи концевые спирали разупорядочиваются при облучении голубым светом. Таким образом, при поглощении синих фотонов домен LOV2 вносил возмущения в структуру центра и весь белок переходил в неактивное состояние, очень близкое к естественному. Когда излучение убирали, киназа возвращалась к активной конформации, то есть световое переключение оказалось обратимым.
Чтобы проверить, насколько универсальным может быть новый светочувствительный переключатель, ученые повторили конструирование для двух других семейств белков – сигнальных Rho ГТФаз и GEF (фактор обмена гуанинового нуклеотида). В обоих случаях конформации белков обратимо изменялись под воздействием облучения, причем для семейства GEF домен LOV2 послужил активатором, так как был встроен в аутоингибирующий домен.
В итоге исследователи получили достаточно универсальный и простой в применении оптогенетический переключатель, который к тому же отличается высокой скоростью действия (относительно хемочувствительных доменов-переключателей, таких как рапамицин-чувствительный uniRapR). Такое встроенное фотореле может быть очень удобно для изучения механизмов действия отдельных белков и работы клетки в целом.
Переключаться подобным образом можно заставить многие белки, но не все. К примеру, как показало недавнее исследование, рибонуклеотид редуктаза (РНР) переключается между четырьмя субстратами, перестраивая активный центр.
Анна Маньшина
Китайские специалисты занимаются строительством установки, которая будет использоваться для моделирования условий, возникающих при термоядерном взрыве. Как пишет South China Morning Post, новая установка, аналогичная американской Z-машине, будет использоваться для исследований в области высоких энергий и ядерных процессов в интересах китайских военных. Новая установка должна заработать в ближайшие несколько лет.