Сосредоточившись на субдоменах, молекулярная лупа показывает, что агрегация белков начинается неравномерно, не однородно.
«Глубокообучаемый микроскоп с расширенной глубиной резкости» (DeepDOF) Университета Райса (иллюстрация)
Университет Райса
Группа ученых из Университета Райса разработала стратегию, позволяющую детально рассмотреть мельчайшие белковые сегменты внутри живых клеток.
Метод выявляет едва заметные изменения окружающей среды, которые могут быть признаком самых ранних стадий таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и рак. Результаты также открывают новые возможности скрининга препаратов, направленных на лечение нарушений агрегации белков.
Исследователи разработали флуоресцентный зонд AnapTh для точных белковых субдоменов. Этот зонд отслеживает изменения в режиме реального времени, которые традиционные методы часто пропускают.
Отслеживая локальные сдвиги, ученые могут увидеть, как различные области одного и того же белка ведут себя по-разному, когда они начинают агрегировать.
«По сути, мы создали молекулярную лупу», — сказал Хань Сяо, профессор химии и директор Центра SynthX в Университете Райса. «Это позволяет нам визуализировать едва заметные изменения окружающей среды, которые раньше оставались незамеченными».
Команда основала свою разработку на идее о том, что ранние локальные изменения появляются до видимого скопления.
AnapTh, флуоресцентная аминокислота, меняет спектр излучения в зависимости от микросреды. Используя метод расширения генетического кода, учёные внедрили зонд в выбранные участки, не нарушая фолдинг или функционирование белка.
Такой подход обеспечил им пространственное разрешение и мониторинг в режиме реального времени, чего не могли предложить существующие инструменты.
«Мы хотели найти метод, позволяющий осветить только один участок белка и наблюдать за тем, что происходит вокруг него в живых клетках», — сказал Мэнси Чжан, аспирант и соавтор исследования. «Когда начинается агрегация, некоторые участки становятся плотнее и гидрофобнее, в то время как другие остаются неизменными».
Неравномерная агрегация белков
Применение этого метода к белкам, связанным с заболеваниями, выявило удивительную закономерность. Агрегация не происходила равномерно.
Некоторые субдомены демонстрировали более высокую интенсивность флуоресценции и спектральные сдвиги, отражая более плотную и химически изменённую среду. Другие оставались неизменными.
Кредит – Университет Райса
Это открытие ставит под сомнение старые модели, описывающие агрегацию как единообразный процесс.
Вместо этого, данные показывают, что агрегация начинается в отдельных «горячих точках», а затем распространяется. Эти ранние локализованные события неправильного сворачивания могут стать будущими биомаркерами или точками входа для терапевтических воздействий.
Результаты меняют взгляд ученых на агрегацию белков.
Они выявили этот процесс, который одновременно неравномерен и динамичен, при этом определённые участки отвечают за самые ранние изменения, связанные с заболеванием. Этот новый взгляд позволяет по-новому взглянуть на молекулярные триггеры нейродегенерации.
Агрегация белков лежит в основе таких разрушительных заболеваний, как бляшки Альцгеймера, тельца Леви при болезни Паркинсона и неправильно свернутые белки при раке.
Понимание того, где и как начинаются эти изменения, даёт исследователям более чёткий путь к разработке методов лечения. Это открытие позволяет более точно изучить, как небольшие ошибки в развитии спирали приводят к серьёзным угрозам для здоровья.
Тестирование лекарств на самых ранних стадиях
Команда Райса также продемонстрировала, как платформа может помочь в разработке лекарств. Обнаруживая ранние изменения в субдоменах, инструмент может отслеживать прогрессирование заболевания с большей чувствительностью.
Исследователи также могут идентифицировать соединения, которые вмешиваются до того, как агрегация распространится.
«Эта платформа даёт нам мощный старт», — сказал Шудан Ян, аспирант и соавтор исследования. «Теперь мы можем тестировать потенциальные ингибиторы и при первых же признаках проблем видеть, предотвращают ли они локальное неправильное сворачивание».
Ян добавил, что именно такой уровень точности необходим для разработки лекарственных препаратов.
Такой подход может сократить сроки скрининга лекарственных препаратов и повысить эффективность выявления слабых мест, характерных для конкретных заболеваний.
Соавторами исследования являются исследователи риса Шикай Цзинь, Юда Чэнь, Имин Го, Ю Ху и Питер Волинес.
Исследование опубликовано в журнале Nature Chemical Biology.
Sourse: interestingengineering.com
