Мембранные белки играют важную роль во множестве биологических процессов и представляют собой значительную долю мишеней для лекарственных препаратов, что делает их изучение чрезвычайно важным. Однако анализ этих белков исторически был сложной задачей. Исследователи из Института физики поверхности г. Хэфэй под руководством Ван Цзюньфэнга опубликовали новое исследование в журнале Analytical Chemistry, в котором описывается перспективное решение, значительно повышающее надежность анализа мембранных белков методом поверхностного плазмонного резонанса (SPR).
Почему изучение мембранных белков затруднено
Около трети всех белков человека являются мембранными, и они участвуют в важнейших функциях, таких как клеточная сигнализация и транспорт. Почти 60% белков, являющихся мишенями для лекарств, — это мембранные белки. Это подчеркивает их ключевую роль в здоровье и болезни и, следовательно, подчеркивает необходимость точного изучения.
Понимание того, как эти белки взаимодействуют с другими молекулами — процесс, называемый связыванием — имеет решающее значение для разработки эффективных методов лечения. Техника, называемая поверхностным плазмонным резонансом (SPR), предоставляет ценный инструмент для этого.
SPR считается «золотым стандартом» в данной области, поскольку позволяет ученым отслеживать эти взаимодействия в режиме реального времени, не требуя химической маркировки белков. Однако основной проблемой является поиск надежных способов иммобилизации — то есть прикрепления — мембранных белков к SPR-сенсорной чипу при сохранении их естественной структуры и функции. Если форма или поведение белка изменяется во время прикрепления, результаты анализа становятся ненадежными.
Новый подход: нанодиски и система SpyTag-SpyCatcher
Чтобы преодолеть эту проблему, исследовательская группа разработала новый метод иммобилизации. Они объединили две устоявшиеся технологии — ковалентную систему конъюгации SpyCatcher-SpyTag и нанодиски на основе мембранного скелетного белка (MSP) — для создания простого, эффективного и стабильного процесса.
Вот разбор процесса:
- Создание нанодисков: Группа разработала белок-фузию, объединяющий MSP с молекулой SpyTag. Этот разработанный белок затем использовался для включения целевого мембранного белка в нанодиски. Нанодиски — это крошечные, искусственные липидные структуры, имитирующие среду, в которой мембранные белки обычно находятся внутри клеточных мембран.
- Специфическое прикрепление: Эти нанодиски несут метку SpyTag. Исследователи затем предварительно иммобилизировали белки SpyCatcher — которые обладают высокой аффинностью к SpyTag — на стандартном сенсорном чипе CM5 с использованием обычного химического процесса связывания.
- Стабильная иммобилизация: Эта конструкция позволяет нанодискам, несущим мембранный белок, специфически и эффективно захватываться белками SpyCatcher. В результате получается прочная и стабильная иммобилизация мембранного белка в среде, близкой к естественной липидной — по сути, имитирующей естественную среду белка.
Демонстрация эффективности метода
Чтобы продемонстрировать возможности метода, исследовательская группа провела SPR-анализ трех различных типов взаимодействий мембранных белков:
- Взаимодействия белка с липидом
- Взаимодействия трансмембранного белка с антителом
- Взаимодействия трансмембранного белка с малой молекулой
Результаты последовательно давали высококачественные данные SPR, позволяя точно количественно оценивать кинетику связывания — то есть, как быстро происходят взаимодействия — и аффинность — то есть, насколько прочно белки связываются друг с другом.
Значение и будущий потенциал
Этот инновационный подход эффективно решает давние ограничения технологии SPR при изучении мембранных белков. Предоставляя надежный метод иммобилизации, это исследование имеет значительный потенциал для ускорения как исследований мембранных белков, так и разработки лекарств. Эта техника должна привести к лучшему пониманию сложной роли мембранных белков и привести к разработке более эффективных и целенаправленных методов лечения.
