Обнародован новый процесс производства протеина: у ученых теперь есть возможность изучать особые протеины, связанные с болезнями

У человеческого тела есть изящный способ включения и выключения белков для изменения их функции и активности в клетках: фосфорилирование, обратимое присоединение фосфатных групп к белкам. Эти «украшения» на белках обеспечивают огромное разнообразие функций и необходимы для всех форм жизни.

Однако мало что известно о том, как этот динамический процесс работает у людей.Используя специальный штамм бактерий E. coli, исследователи создали платформу для бесклеточного синтеза белка, которая может производить большие количества этих человеческих фосфопротеинов для научных исследований. Это позволит ученым больше узнать о функции и структуре фосфопротеинов и определить, какие из них участвуют в развитии болезни.«Это нововведение поможет углубить понимание биохимии и физиологии человека», — сказал Майкл С. Джуэтт, инженер-биохимик, возглавлявший команду Northwestern.

Исследование было опубликовано 9 сентября в журнале Nature Communications.Нарушение процесса фосфорилирования может быть признаком заболевания, такого как рак, воспаление и болезнь Альцгеймера.

Человеческий протеом (весь набор экспрессируемых белков), по оценкам, фосфорилируется более чем в 100 000 уникальных сайтов, что делает изучение фосфорилированных белков и их роли в заболевании сложной задачей.«Наша технология делает эту проблему решаемой», — сказал Джеветт. «Теперь мы можем производить эти специальные белки с беспрецедентным выходом, со свободой дизайна, которая невозможна в живых организмах. Последствия этой инновационной стратегии огромны».

Джуэтт, адъюнкт-профессор химической и биологической инженерии в Северо-западной инженерной школе Маккормика, и его команда работали с коллегами из Йельского университета во главе с Джесси Райнхартом. Джеветт и Райнхарт являются соавторами исследования.

Как синтетический биолог, Джеветт использует бесклеточные системы для создания новых методов лечения, химикатов и новых материалов, влияющих на здоровье населения и окружающую среду.«Эта работа обращается к более широкому вопросу о том, как мы можем перепрофилировать механизм синтеза белка в клетке для синтетической биологии», — сказал Джеветт. «Здесь мы находим новые способы использования этого механизма для понимания фундаментальных биологических вопросов, в частности, фосфорилирования белков».

Джеветт и его коллеги объединили современные инструменты геномной инженерии и спроектировали биологические «части» в бесклеточную платформу экспрессии белков «plug-and-play». Бесклеточные системы активируют сложные биологические системы без использования живых интактных клеток. Вместо этого используются неочищенные клеточные лизаты или экстракты.В частности, исследователи приготовили клеточные лизаты геномно перекодированных бактерий, которые содержат аминокислоты, не встречающиеся в природе.

Это позволило им использовать спроектированные клетки механизмы и превратить их в фабрику, способную по требованию производить биопроизводство новых классов белков.«Эта производственная технология позволит ученым расшифровать« код »фосфорилирования, существующий в протеоме человека», — сказал Джавин П. Оза, ведущий автор исследования и научный сотрудник лаборатории Джеветта.Чтобы продемонстрировать свою технологию бесклеточной платформы, исследователи создали киназу человека, которая участвует в пролиферации опухолевых клеток, и показали, что она функциональна и активна.

Киназа — это фермент (белок, действующий как катализатор), который переносит фосфатную группу на белок. Благодаря этому процессу киназы активируют функцию белков внутри клетки.

Киназы участвуют во многих заболеваниях и поэтому представляют особый интерес.«Способность производить киназы для изучения должна быть полезна для изучения того, как действуют эти белки, и при разработке новых типов лекарств», — сказал Джеветт.

Новости со всего мира