Ученые РФ улучшили светящийся белок для наблюдения за работой клеток
Красноярские ученые заменили одну аминокислоту в светящемся белке и более чем вдвое повысили его чувствительность к кальцию в живых клетках. Разработка поможет наблюдать слабые клеточные сигналы и изучать действие лекарственных веществ.
Источник: ФИЦ КНЦ СО РАН. Наталья Маликова,старший научный сотрудник Института биофизики СО РАН.
МОСКВА, 22 сентября. /Новости науки/. Российские ученые из Красноярска сумели более чем вдвое повысиит чувствительность светящегося белка обелина к кальцию в живых клетках. Об этом сообщил Красноярский научный центр СО РАН.
Кальций помогает передавать сигналы внутри клетки и управлять ее работой. Наблюдая за изменениями его концентрации, исследователи изучают клеточные процессы и действие различных веществ. Обелин служит для этого своеобразным световым датчиком: при взаимодействии с ионами кальция он испускает свет. Улучшенный вариант белка позволяет регистрировать более слабые сигналы.
«Благодаря повышенной чувствительности полученный белок позволяет фиксировать небольшие изменения концентрации кальция в клетке. Он может стать перспективным инструментом для изучения клеточных процессов, в которых кальций участвует как сигнальная молекула», — пояснила старший научный сотрудник Института биофизики СО РАН, кандидат биологических наук Наталья Маликова.
Чтобы улучшить свойства обелина, ученые заменяли в его структуре одну аминокислоту — изолейцин — на другие. Особенно удачной оказалась замена на лейцин. Полученный вариант давал более сильный световой сигнал при низком содержании кальция. В экспериментах на живых клетках его чувствительность оказалась в 2,4 раза выше, чем у природного обелина, следует из [статьи в International Journal of Biological Macromolecules](https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42607904/).
Исследователи предполагают, что замена аминокислоты меняет положение молекулы, отвечающей за свечение и расположенной внутри белка. По объяснению руководителя работы, заведующего лабораторией фотобиологии Института биофизики СО РАН Евгения Высоцкого, такая перестройка может усиливать связывание кальция. В результате световой сигнал возникает при меньшей его концентрации.
Для проверки ученые сделали аналогичные замены в двух родственных светящихся белках — акворине и клитине. Их чувствительность к кальцию тоже повысилась, однако улучшение оказалось менее выраженным, чем у обелина.
Новый вариант белка может пригодиться для исследования лекарственных веществ. Наблюдая за кальциевыми сигналами, ученые смогут оценивать, как клетки реагируют на соединения, и выбирать наиболее перспективные для дальнейшего изучения. Пока речь идет об инструменте для лабораторных исследований.
Кальций-чувствительные светящиеся белки встречаются у морских организмов, в том числе медуз. В лабораториях их давно используют как индикаторы внутриклеточных процессов, а белковая инженерия позволяет менять их свойства под конкретные задачи. Работу красноярских исследователей поддержал Российский научный фонд.
Кальций помогает передавать сигналы внутри клетки и управлять ее работой. Наблюдая за изменениями его концентрации, исследователи изучают клеточные процессы и действие различных веществ. Обелин служит для этого своеобразным световым датчиком: при взаимодействии с ионами кальция он испускает свет. Улучшенный вариант белка позволяет регистрировать более слабые сигналы.
«Благодаря повышенной чувствительности полученный белок позволяет фиксировать небольшие изменения концентрации кальция в клетке. Он может стать перспективным инструментом для изучения клеточных процессов, в которых кальций участвует как сигнальная молекула», — пояснила старший научный сотрудник Института биофизики СО РАН, кандидат биологических наук Наталья Маликова.
Чтобы улучшить свойства обелина, ученые заменяли в его структуре одну аминокислоту — изолейцин — на другие. Особенно удачной оказалась замена на лейцин. Полученный вариант давал более сильный световой сигнал при низком содержании кальция. В экспериментах на живых клетках его чувствительность оказалась в 2,4 раза выше, чем у природного обелина, следует из [статьи в International Journal of Biological Macromolecules](https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42607904/).
Исследователи предполагают, что замена аминокислоты меняет положение молекулы, отвечающей за свечение и расположенной внутри белка. По объяснению руководителя работы, заведующего лабораторией фотобиологии Института биофизики СО РАН Евгения Высоцкого, такая перестройка может усиливать связывание кальция. В результате световой сигнал возникает при меньшей его концентрации.
Для проверки ученые сделали аналогичные замены в двух родственных светящихся белках — акворине и клитине. Их чувствительность к кальцию тоже повысилась, однако улучшение оказалось менее выраженным, чем у обелина.
Новый вариант белка может пригодиться для исследования лекарственных веществ. Наблюдая за кальциевыми сигналами, ученые смогут оценивать, как клетки реагируют на соединения, и выбирать наиболее перспективные для дальнейшего изучения. Пока речь идет об инструменте для лабораторных исследований.
Кальций-чувствительные светящиеся белки встречаются у морских организмов, в том числе медуз. В лабораториях их давно используют как индикаторы внутриклеточных процессов, а белковая инженерия позволяет менять их свойства под конкретные задачи. Работу красноярских исследователей поддержал Российский научный фонд.
