Одинокий

Фото: Кристоф Бургстедт/Getty Images

Ученые Оксфордского университета разработали технологию нанопор, которая может идентифицировать три различные посттрансляционные модификации (ПТМ) в отдельных белках, даже глубоко внутри длинных белковых цепей. Ученые заявили, что их технология «[закладывает] основу для составления реестра протеоформ в клетках и тканях».

Технология была представлена ​​в журнале Nature Nanotechnology в статье под названием «Безферментное обнаружение нанопор посттрансляционных модификаций в длинных полипептидах». В документе отмечается, что идентификация одиночных молекул протеоформ требует знания архитектуры длинных полипептидных цепей, знаний, которые оказались неуловимыми. Хотя существуют методы перемещения свернутых белков через твердотельные нанопоры или белковые нанопоры больших размеров, эти методы еще не позволили обнаружить PTM внутри полипептидной последовательности. Методы, позволяющие обнаружить ПТМ, смогли сделать это только в пределах коротких пептидов.

В своей статье оксфордские ученые описали свой подход: «Мы используем электроосмос в сконструированных зарядоселективных нанопорах для неферментативного захвата, разворачивания и перемещения отдельных полипептидов, содержащих более 1200 остатков. Немеченые тиоредоксиновые полипротеины подвергаются транспорту через нанопоры, при этом направленное котранслокационное разворачивание происходит единица за единицей либо с C, либо с N-конца. Хаотропные реагенты в неденатурирующих концентрациях ускоряют анализ».

Ученые разработали технологию секвенирования ДНК/РНК нанопор. В частности, ученые использовали направленный поток воды, чтобы захватывать и разворачивать трехмерные белки в линейные цепи и пропускать их через поры, ширина которых была достаточной для прохождения одной аминокислоты. Структурные изменения были идентифицированы путем измерения изменений электрического тока, проходящего через нанопору. Разные молекулы вызывали разные нарушения тока, придавая им уникальную подпись.

Команда успешно продемонстрировала эффективность метода в обнаружении трех различных модификаций ПТМ (фосфорилирование, глутатионилирование и гликозилирование). К ним относятся модификации глубоко внутри последовательности белка. Важно отметить, что метод не требует использования меток, ферментов и дополнительных реагентов.

По мнению исследовательской группы, новый метод определения характеристик белков может быть легко интегрирован в существующие портативные устройства для секвенирования нанопор, что позволит исследователям быстро создавать запасы белков в отдельных клетках и тканях. Это может облегчить диагностику на месте оказания медицинской помощи, позволяя персонализировать обнаружение конкретных вариантов белка, связанных с заболеваниями, включая рак и нейродегенеративные расстройства.

«Этот простой, но мощный метод открывает множество возможностей», — сказал Юцзя Цин, доктор философии, доцент кафедры органической химии Оксфордского университета и автор текущего исследования. «Первоначально это позволяет исследовать отдельные белки, например, участвующие в конкретных заболеваниях. В долгосрочной перспективе этот метод потенциально может создать расширенный перечень вариантов белков внутри клеток, открывая более глубокое понимание клеточных процессов и механизмов заболеваний».

Другим автором-корреспондентом текущего исследования был Хэган Бэйли, доктор философии, профессор химической биологии Оксфордского университета и соучредитель Oxford Nanopore Technologies. Он отметил, что способность выявлять и идентифицировать посттрансляционные модификации и другие вариации белков на уровне отдельных молекул «открывает огромные перспективы для улучшения нашего понимания клеточных функций и молекулярных взаимодействий». Он добавил, что это может «открыть новые возможности для персонализированной медицины, диагностики и терапевтических вмешательств».

Авторы исследования подчеркнули, что технологии анализа клеточных белков и их миллионов вариантов на уровне отдельных молекул позволят раскрыть существенную информацию, ранее неизвестную биологии.