Белок

Иллюстрация, показывающая каркас ДНК, удерживающий два белка близко друг к другу во время акустической силовой спектроскопии [Владимир Кунетки]

Временные связи белок-белок необходимы для процессов, включая ферментативные реакции, связывание антител и реакцию на лекарства. Возможность точно охарактеризовать эти связи важна для проверки эффективности потенциальных методов лечения, но доступные в настоящее время методы для этого имеют ограниченную способность либо предоставлять информацию на уровне одиночных связей, либо тестировать большое количество связей.

Исследователи из Национального центра научных исследований (CNRS) и их коллеги теперь представили более доступный метод измерения прочности и продолжительности белок-белковых связей при нагрузках, аналогичных тем, которые они испытывают внутри нашего тела. В этом методе используются звуковые волны, чтобы разъединить связанные белки, и поводки ДНК, чтобы удерживать два белка близко друг к другу, чтобы они могли восстановить связь после разрыва связи. Это нововведение позволяет повторно тестировать одни и те же белковые связи до 100 раз, предоставляя ценную информацию о том, как меняется прочность связей с возрастом молекул. Эта способность может предоставить новую информацию о периоде полураспада лекарств или антител.

Сообщая о своей работе в журнале «Биофизический журнал» («Объединение каркасов ДНК и акустической силовой спектроскопии для характеристики индивидуальных белковых связей»), старший автор Лоран Лимозин, доктор философии, биофизик CNRS, и его коллеги заявили: «Это доказательство принципа установлено для две белковые связи, представляющие биомедицинский интерес, открывающие многообещающие перспективы для биотехнологических и медицинских исследований».

Связывающие свойства биомолекул, которые управляют биологическими явлениями, важны для оценки терапевтических средств, объяснила команда, но необходимы новые экспериментальные инструменты, чтобы мультиплексно охарактеризовать разрыв белковых связей под действием силы. «Хотя массовые измерения, выполняемые на популяциях молекул, остаются стандартными методами определения характеристик, силовая спектроскопия одиночных молекул (SMFS) на отдельных парах взаимодействующих партнеров стала мощной дополнительной стратегией, поскольку она уникальным образом дает доступ к реакции индивидуальной связи на силу».

В своем недавно опубликованном исследовании Лимозин и его коллеги впервые, по их утверждениям, объединили каркасы ДНК с акустической силовой спектроскопией (AFS) для измерения силового отклика отдельных биомолекулярных комплексов. Акустическая силовая спектроскопия позволяет тестировать множество молекулярных пар одновременно, а каркасы ДНК позволяют повторно тестировать одни и те же связи.

«Мы хотели предложить метод, который был бы достаточно модульным, чтобы его можно было применять к разным типам связей, имел бы разумную производительность и достигал бы высокой молекулярной точности, которая в настоящее время доступна только с помощью очень совершенных методов, таких как оптический или магнитный пинцет, которые часто трудно понять неспециалисту", - сказал Лимозин.

Во время акустической силовой спектроскопии пары связанных белков проверяются внутри заполненной жидкостью камеры. Белки удерживаются каркасом ДНК, так что одна цепь ДНК прикрепляет первый белок ко дну камеры, а другая цепочка прикрепляет второй белок к небольшому шарику кремнезема. Когда исследователи обрушивают камеру звуковой волной, сила волны оттягивает кремниевую бусину – и белок, к которому она прикреплена – от дна камеры. Если сила достаточно сильна, это тянущее действие разрывает связь между двумя белками.

В новом методе третья цепь ДНК действует как поводок, удерживающий белки вместе после разрыва связи. «… мы представляем комбинацию модульного каркаса ДНК, а именно объединенной ДНК (J-ДНК), с AFS, новым параллельным методом, который потенциально предлагает широкий динамический диапазон применения быстрой силы», — пишут ученые. «Исследуемый белковый комплекс прикрепляется как к поверхности проточной ячейки, так и к шарику посредством цепочек ДНК длиной в несколько тысяч оснований, соединенных поводком».