Мембранні білки відіграють важливу роль у різноманітних біологічних процесах і становлять значну частину лікарських мішеней, що робить їх дослідження надзвичайно важливим. Однак аналіз цих білків історично був складним завданням. Дослідники з Хефейського інституту фізики поверхні під керівництвом Ван Цзюньфена опублікували нове дослідження в журналі Analytical Chemistry, яке описує багатообіцяюче рішення, яке значно підвищує надійність аналізу поверхневого плазмонного резонансу (SPR) мембранних білків.
Чому важко вивчати мембранні білки
Приблизно третина всіх людських білків є мембранними білками, і вони беруть участь у таких важливих функціях, як передача сигналів клітиною та транспорт. Майже 60% білків, які є мішенями ліків, є мембранними білками. Це підкреслює їхню ключову роль у здоров’ї та захворюваннях і, отже, підкреслює необхідність точного вивчення.
Розуміння того, як ці білки взаємодіють з іншими молекулами — процес, який називається зв’язуванням — є критичним для розробки ефективних методів лікування. Техніка під назвою поверхневий плазмонний резонанс (SPR) є цінним інструментом для цього.
SPR вважається «золотим стандартом» у цій галузі, оскільки він дозволяє вченим відстежувати ці взаємодії в режимі реального часу, не вимагаючи хімічного маркування білків. Однак головне завдання полягає в тому, щоб знайти надійні способи іммобілізації — тобто прикріплення — мембранних білків до сенсорного чіпа SPR, зберігаючи при цьому їх природну структуру та функцію. Якщо форма або поведінка білка змінюються під час приєднання, результати аналізу стають ненадійними.
Новий підхід: нанодиски та система SpyTag-SpyCatcher
Щоб подолати цю проблему, дослідницька група розробила новий метод іммобілізації. Вони поєднали дві визнані технології — систему ковалентної кон’югації SpyCatcher-SpyTag і нанодиски мембранного каркасного білка (MSP) — щоб створити простий, ефективний і стабільний процес.
Ось розбивка процесу:
- Створення нанодисків: Команда розробила злитий білок, який поєднує MSP з молекулою SpyTag. Потім цей сконструйований білок використовувався для включення цільового мембранного білка в нанодиски. Нанодиски — це крихітні штучні ліпідні структури, які імітують середовище, яке мембранні білки зазвичай знаходять у клітинних мембранах.
- Спеціальний додаток: Ці нанодиски мають SpyTag. Потім дослідники попередньо іммобілізували білки SpyCatcher, які мають високу спорідненість із SpyTag, на стандартному сенсорному чіпі CM5 за допомогою звичайного процесу хімічного з’єднання.
- Стабільна іммобілізація: Ця конструкція дозволяє спеціально та ефективно захоплювати нанодиски, що містять мембранний білок, білками SpyCatcher. Результатом є сильна і стабільна іммобілізація мембранного білка в середовищі, близькому до природного ліпідного середовища – фактично імітуючи природне середовище білка.
Демонстрація ефективності методу
Щоб продемонструвати можливості методу, дослідницька група виконала SPR-аналіз трьох різних типів взаємодії мембранних білків:
- Білково-ліпідні взаємодії
- Взаємодія трансмембранного білка з антитілом
- Трансмембранні взаємодії білків і малих молекул
Результати постійно створювали високоякісні дані SPR, що дозволяло точно кількісно визначити кінетику зв’язування, тобто те, як швидко відбуваються взаємодії, і афінність, тобто наскільки міцно білки зв’язуються один з одним.
Значення та майбутній потенціал
Цей інноваційний підхід ефективно усуває давні обмеження технології SPR у вивченні мембранних білків. Забезпечуючи надійний метод іммобілізації, це дослідження має значний потенціал для прискорення як дослідження мембранних білків, так і розробки ліків. Ця методика повинна привести до кращого розуміння складних ролей мембранних білків і привести до розробки більш ефективних і цілеспрямованих методів лікування.
