Президентская программа
исследовательских проектов

nanoFAST - самая малая генетически кодируемая флуоресцентная метка

Флуоресцентные белки - важнейший инструмент в современных биологических исследованиях. При этом размер белка  - одна из его ключевых характеристик, чем меньше флуоресцентная метка, тем слабее она влияет на поведение изучаемого объекта. Сотрудники Группы химии гетероциклических соединенийЛаборатории биомолекулярной ЯМР-спектроскопииГруппы молекулярных меток для оптической наноскопии совместно с коллегами из МФТИ разработали флуороген-активирующий белок nanoFAST размером всего 98 аминокислот, и это наименьший размер среди всех генетически кодируемых флуоресцентных меток. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ 18-73-10105 и опубликована в престижном журнале Chemical Science.

Флуоресценция  - способность веществ переизлучать поглощенный свет с увеличением его длины волны. Это свойство ряда молекул является чрезвычайно удобным для визуализации процессов, происходящих в живых системах - можно легко разделить потоки отражаемого и переизлучаемого света и выделить только те объекты, которые способны флуоресцировать. Флуоресцентные метки (молекулы, которые пришиваются к объекту, за которым требуются следить) очень широко используются в биологии для определения их локализации в клетке, для изучения взаимодействий между белками и пр. Наиболее удобными метками являются белки - их можно генетически закодировать и легко пришить к объекту исследования с использованием подходов генной инженерии. Среди флуоресцентных меток можно выделить флуороген-активирующие белки. Такие белки работают в паре с небольшой органической молекулой - флуорогеном. Сами по себе ни белок, ни флуороген не светятся или светятся очень тускло, однако, как только они провзаимодействуют между собой, их комплекс становится яркой флуоресцентной меткой. В Институте Биоорганической химии традиционно занимаются исследованием и разработкой флуоресцентных и флуороген-активирующих белков для различных целей.

Одним из наиболее широко известных флуороген-активирующих белков является белок FAST, разработанный во Франции. FAST имеет сравнительно малый размер и способен взаимодействовать с широким спектром флуорогенов. Тем не менее, его пространственная структура до последнего времени оставалась неизученной. Поэтому на первом этапе работы стояла задача получить трехмерную структуру FAST в комплексе с одним из флуорогенов - N871b. Эту задачу удалось решить с использованием спектроскопии ядерного магнитного резонанса, определив как пространственную структуру комплекса FAST/N871b, так и структуру FAST в "свободном" состоянии. Оказалось, что флуороген существенным образом стабилизирует FAST. Без него часть белка становится подвижной и теряет свою спиральную структуру. Что интересно, эта часть FAST напрямую не участвует во взаимодействии с флуорогеном. Это навело ученых на мысль, что белок FAST можно укоротить на 30% без потери его функциональности, так появилась концепция белка nanoFAST.


Пространственные структуры FAST и nanoFAST, в свободном состоянии и в комплексе с флуорогенами N871B и HBR-DOM2. Источник: пресс-служба ИБХ РАН

Первые эксперименты оказались не обнадеживающими - nanoFAST не работал в паре со всеми известными флуорогенами FAST. Чтобы решить эту проблему, сотрудники института синтезировали библиотеку потенциальных флуорогенов, состоящую из 40 различных соединений схожей природы. Одно из соединений, HBR-DOM2, оказалось способно взаимодействовать с nanoFAST с образованием флуоресцирующего комплекса, яркость флуоресценции не уступала комплексам "материнского" белка FAST с известными флуорогенами. Авторам удалось продемонстрировать, что пару nanoFAST/HBR-DOM2 можно использовать для исследования живых объектов - были проведены эксперименты по флуоресцентному окрашиванию живых человеческих клеток HeLa c визуализацией нескольких клеточных белков (Рис. 2).

Таким образом, была создана самая маленькая генетически кодируемая флуоресцентная метка, nanoFAST. 

Недавние новости

Возврат к списку