Учёные научились редактировать белки, не нарушая их работу

Учёные представили метод внутриклеточного редактирования белков, позволяющий встраивать неканонические аминокислоты и химические метки в эндогенные белки млекопитающих с минимальным воздействием на их функции. Технология, описанная в журнале Science, решает ключевые проблемы существующих подходов, таких как добавление флуоресцентных меток или химическое мечение, которые часто искажают свойства белков и не обеспечивают временного контроля.

В основе метода — использование двух пар расщеплённых интеинов — элементов, способных к самовырезанию и соединению полипептидных цепей. Система работает по принципу замены внутреннего сегмента целевого белка на донорный пептид. Для этого в геном клетки встраивают акцепторный участок, который становится «мишенью» для редактирования. Затем в клетку доставляют рекомбинантный донорный белок, содержащий нужные модификации: неканонические аминокислоты (ncAAs) или химические метки. Тандемное действие интеинов позволяет заменить сегмент за 10 минут, что критично для изучения быстрых биологических процессов.

Важное преимущество технологии — работа с эндогенными белками, которые сохраняют естественную структуру и взаимодействия. Например, редактирование киназы Chk1 и транскрипционного фактора c-Myc не нарушило их функций, что подтвердили протеомным и транскриптомным анализом. Это делает метод «почти бесследным», в отличие от методов с крупными метками, которые могут блокировать активность белков.

Для включения ncAAs, таких как p-азидофенилаланин (pAzF), учёные применили расширение генетического кода в бактериях Escherichia coli. Это позволило добавлять к белкам «химические ручки» для последующего мечения малыми молекулами через клик-химию. Например, метки на основе биотина или флуорофоров можно вводить без антител, что снижает фоновый шум в экспериментах.

Технология также демонстрирует высокую гибкость: донорный белок можно модифицировать in vitro перед доставкой в клетку, а редактирование — запускать в нужный момент. Это открывает возможности для изучения динамики посттрансляционных модификаций или активации сигнальных путей в реальном времени.

«Раньше мы были ограничены либо статичными метками, либо методами, требующими генетической модификации всего белка. Теперь мы можем точечно встраивать нужные элементы, не нарушая его нативную структуру», — подчёркивают авторы.

Новый подход уже привлёк внимание биотехнологических компаний, оценивших его потенциал для создания терапевтических белков с улучшенными свойствами. Однако главная область применения — фундаментальные исследования, где точное манипулирование белками в живых клетках поможет раскрыть механизмы болезней и ускорить разработку терапий. Следующим шагом станет адаптация метода для in vivo моделей, что приблизит его использование в доклинических испытаниях.

 Источник: Science