Несмотря на то, что в биологии преобладает агрегация белков, многие причины и последствия неизвестны. Во многом это связано с тем, что не существует простого стандартизованного исследовательского инструмента для изучения этого явления на живых клетках. Теперь доцент Ахмад С. Халил (BME) вместе с коллегами из Массачусетского технологического института и Института биомедицинских исследований Уайтхеда, среди прочих, создали синтетический генетический инструмент под названием yTRAP (дрожжевое транскрипционное сообщение агрегированных белков) для количественного определения, измерения и манипулирования. агрегация белков в живых клетках. Работа, опубликованная в Cell в качестве прикрытия, подробно описывает, как команда разработала yTRAP, а затем использовала его для изучения различных белковых агрегатов, включая белки, связанные с заболеванием, РНК-связывающие белки и прионы.
Прионы представляют собой особую наследуемую форму агрегации и наиболее известны как переносчики нейродегенеративных заболеваний у млекопитающих. Но они также используются организмами для выполнения разнообразного набора полезных функций, которые только начинают идентифицироваться. Используя новый инструмент, Халил и его команда создали датчики для отслеживания агрегации прионов и других белков, манипулировали прионами для создания синтетической памяти в клетках, определили гены, которые могут излечивать клетки от прионов, и позволили проводить высокопроизводительные исследования, чтобы узнать, что может влиять на агрегацию белков. и его последствия. Несмотря на то, что yTRAP был разработан и протестирован на дрожжах, он может позволить ученым тестировать и разрабатывать методы лечения неизлечимых в настоящее время заболеваний и потенциально включать новые полезные функции в других типах клеток.
Инструмент состоит из двух частей: одна часть соединяется с интересующим белком, а другая генерирует флуоресцентный сигнал для измерения степени агрегации в клетке. Каждую деталь можно настроить для изучения разных белков или экспрессии разных генов и сигналов. Например, они смогли измерить, как один прион влияет на другой, разработав двойной датчик, который производил красный или зеленый флуоресцентный сигнал в зависимости от того, насколько многочисленны были каждый прион.
Помимо отслеживания прионных состояний, yTRAP также может использоваться для управления этими состояниями. Поскольку прионы наследуются, как только они запускаются в клетке, все клетки в последующих поколениях унаследуют то же состояние приона. «Прионы — это биологический эквивалент тумблера света — вам не нужно держать палец на переключателе, чтобы свет оставался включенным», — говорит Халил.Они использовали это наследственное свойство прионов, похожее на выключатель света, для создания синтетического запоминающего устройства.
Тепло активировало прион для объединения в группу клеток, и чем больше он становился, тем больше образовывалось агрегатов. Затем, 10 поколений спустя, клетки, которые никогда не подвергались воздействию тепла, сохраняли тот же уровень агрегации, что и их предшественники. Это синтетическое устройство клеточной памяти похоже на установку диммера на этот свет — чем ярче свет, тем больше агрегатов образуется в популяции клеток. Кроме того, исследователи использовали yTRAP как часть метода для идентификации генов, которые можно было бы использовать для существенного отключения прионов, давая исследователям возможность переключать этот переключатель света в другом направлении.
Халил и его команда также продемонстрировали, как этот инструмент можно использовать для изучения других белков, включая РНК-связывающие белки. Многие из этих белков у дрожжей и людей имеют сходство с прионами, и мутации этих сходств связаны с нейродегенеративными заболеваниями, такими как БАС. С помощью этого инструмента они обнаружили РНК-связывающие белки, склонные к агрегации, наблюдали за последствиями их агрегации и провели высокопроизводительный скрининг, чтобы увидеть, как агрегация одного белка влияет на другой.«Белковые агрегаты могут привести к тому, что клетка приобретет или потеряет функцию», — говорит Халил. «Это может быть полезно или вредно.
Например, оно может позволить клетке выжить в стрессовых условиях или изменить свою метаболическую функцию, чтобы переваривать другой тип сахара. И открытие этих полезных функций часто было случайным». С помощью yTRAP Халил надеется изменить это.
Все эти функции, которые предоставляет yTRAP, позволят исследователям открывать новые белковые агрегаты, отслеживать их сложное поведение и искать факторы и лекарства, которые изменяют агрегацию белков, в качестве потенциальных методов лечения неизлечимых в настоящее время нейродегенеративных заболеваний, или, с другой стороны, выяснить, как это сделать. включить полезную функцию агрегата.