Эукариотические клетки характеризуются пространственным разделением между ядром клетки и остальной частью клетки. «Это подразделение защищает механизмы, вовлеченные в копирование и чтение генетической информации от разрушений, вызванных другими клеточными процессами, такими как синтез белка или выработка энергии», объясняет профессор Эйлс, директор Центра BioQuant Гейдельбергского университета и глава Отдела Биоинформатики в Руперто Кароле и DKFZ. Белки и другие макромолекулы проходят через ядерный комплекс поры в и из ядра клетки, чтобы управлять многими биологическими процессами.В то время как меньшие белки пассивно распространяются через ядерные поры, большие частицы должны запереться на так называемые белки перевозчика, чтобы совершить поездку.
Обычно короткие пептиды на поверхности белка сигнализируют о перевозчиках, что белок готов к транспорту. Этот сигнал известен как ядерный сигнал локализации (NLS) для транспорта в ядро и ядерная экспортная последовательность (NES) для транспорта из ядра. «Искусственно стимулирование импорта или экспорта отобранных белков позволило бы нам управлять их действиями в живой клетке», говорит доктор Ди Вентура, лидер группы в отделе профессора Эйлса.Лаборатория Ди Вентуры специализировалась на оптогенетике, относительно новой области исследования в синтетической биологии.
Оптогенетика объединяет методы оптики и генетики с целью использования света, чтобы повернуть определенные функции в живых клетках на и прочь. С этой целью светочувствительные белки генетически модифицированы и затем введенные в определенные целевые клетки, позволяя управлять их поведением, используя свет.Недавно изданная работа, сообщая об экспортной системе optogenetic полагается на предыдущие исследования другими рабочими группами, расследующими область LOV2, которая первоначально прибывает из овсяного завода.
По своей природе эта область действия как светочувствительный датчик и, среди прочего, помогает заводу в ориентировании на солнечный свет. Область LOV2 существенно изменяет свою трехмерную структуру, как только она входит в контакт с синим светом, объясняет Доминик Ниопек, основной автор исследования.Собственность вызванного светом изменения структуры может теперь использоваться определенно, чтобы искусственно управлять клеточными последовательностями сигнала – как ядерный экспортный сигнал (NES). Доминик Ниопек сначала развивал гибридный белок LOV2-NES, составленный из области LOV2 овсяного зерна и синтетического ядерного экспортного сигнала.
В темном государстве сигнал скрыт в области LOV2 и не видимый к клетке. Свет заставляет структуру LOV2 изменяться, который отдает видимую NES и вызывает экспорт области LOV2 от ядра.«В принципе гибридный белок LOV2-NES может быть присоединен к любому клеточному белку и используемый, чтобы управлять его экспортом от ядра, используя свет», говорит профессор Эйлс. Исследователь и его команда продемонстрировали это использование p53 белка, члена семьи подавляющих рак белков, которые контролируют рост клеток и предотвращают генетические дефекты во время клеточного деления.
По словам Роланда Эйлса, p53 выключен во многих агрессивных опухолях вредными генетическими мутациями, которые позволяют клеткам опухоли воспроизводить неудержимо.Используя белок LOV2-NES, Гейдельбергские исследователи смогли управлять экспортом p53 от ядра, используя свет, чтобы управлять его геном регулирующие функции. «У этой новой способности непосредственно управлять p53 в живущих клетках млекопитающих есть далеко идущий потенциал, чтобы объяснить его сложную функцию подробно. Мы надеемся раскрыть новые подсказки о роли возможных дефектов в p53 регулировании, связанном с развитием рака», говорит доктор Ди Вентура.
Исследователи убеждены, что их новый optogenetic инструмент может также использоваться, чтобы сделать важные открытия на динамике транспорта белка и его влияния на поведение клетки. «Наше исследование только так же хорошо как наши инструменты», говорит профессор Эйлс. «Разработка инновационных молекулярных инструментов – поэтому ключ к пониманию основных клеточных функций, а также механизмов та болезнь причины».