Наш протеом намного больше, чем наш геном, потому что один ген производит несколько вариантов белков, называемых изоформами белков, дисбаланс которых связан со многими заболеваниями. Новая биоинженерная репортерная система, разработанная в Helmholtz Zentrum München и Техническом университете Мюнхена, теперь позволяет впервые проследить экспрессию изоформ белка в живых клетках с течением времени. Этот метод помогает расшифровать лежащие в основе регуляторные механизмы и позволяет проводить скрининг потенциальных молекулярных вмешательств.

Белки являются ключевыми игроками в наших клеточных процессах. Их создание следует принципам, называемым транскрипцией и переводом. Сначала ДНК копирует свою генетическую информацию в информационную РНК (мРНК), которая затем определяет последовательность в цепочке аминокислот, которая в конечном итоге складывается в белок. Однако реальность более сложна: более 90 процентов наших генов не приводят только к одной мРНК, а затем к одному белку, но процесс, называемый альтернативным сплайсингом, производит несколько вариантов мРНК, только некоторые из которых затем транслируются в конкретный изоформа белка в конкретной клетке в данный момент времени. Обычные методы обнаружения альтернативного сплайсинга в основном представляют собой измерения в одной временной точке, которые требуют больших усилий и не могут надежно отслеживать с течением времени, какие изоформы белка фактически транслируются в клетке.

Исследователи из Helmholtz Zentrum München и Технического университета Мюнхена (TUM) разработали новую биоинженерную репортерную систему под названием EXSISERS. Идея состоит в том, чтобы генерировать такой сигнал, как свет, как только конкретная изоформа белка транслируется.

Это возможно с помощью дизайнерских репортерных белков, которые могут вырезать себя из образующейся аминокислотной цепи – они самоизрезаются. По аналогии со знаменитым трюком «разрезать и восстановить веревку» в магических представлениях, удаление репортера не оставляет шрамов в естественных изоформах белка »

Донг-Цзюнн Джеффри Чыонг, научный сотрудник

Исследователи уже применили этот метод к человеческим клеткам в культуре. Одна из их целей состояла в том, чтобы проанализировать экспрессию изоформ белка под названием тау, который связан с нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Паркинсона. Это делает изоформы тау-белка потенциальной мишенью для молекулярной терапии будущего.

«Биоинженерия, вдохновленная естественными биомолекулярными процессами, позволит неинвазивно наблюдать многие другие фундаментальные клеточные процессы», – говорит Гил Грегор Вестмейер. «Чем больше клеточных параметров мы сможем контролировать, тем лучше мы сможем разработать целевые молекулярные вмешательства для будущих клеточных терапий, например, для лечения нейродегенеративных заболеваний». Вестмейер и его команда уже сотрудничают с несколькими академическими лабораториями, которые используют новую репортерную систему, чтобы получить более полное представление об экспрессии изоформ в клетках и ее влиянии на болезни.