Een antilichaam op nanoschaal dat voor het eerst werd gevonden in kamelen, gecombineerd met een eiwitafbrekend molecuul, is een effectief nieuw platform om de eiwitniveaus in cellen te controleren, volgens wetenschappers van Rice University. De techniek kan helpen bij fundamenteel onderzoek naar cellulaire dynamiek en bij het ontwerpen van synthetische gencircuits.

Rijst chemisch en biomoleculair ingenieur Laura Segatori, voormalig afgestudeerde student Wenting Zhao en voormalig student Lara Pferdehirt hebben een bifunctioneel herkenningssysteem uitgevonden dat ze NanoDeg noemen. Hierdoor kunnen ze zich richten op specifieke eiwitten in een cel en hun afbraak strikt reguleren.

Het plug-and-play-systeem stelt synthetische biologen in staat om de functie van een specifiek eiwit in de cellulaire omgeving te bestuderen door te beoordelen hoe het eiwitexpressieniveau het leven van een cel beïnvloedt, zei Segatori.

Het onderzoek verschijnt in het tijdschrift American Chemical Society ACS synthetische biologie .

NanoDeg versnelt proteolyse - de enzymatische afbraak van eiwitten - om de niveaus van gerichte eiwitten na translatie onder controle te houden.

Eén functie komt voort uit het enkelketenige antilichaam van kameelachtigen, die kunnen worden aangepast om specifieke eiwitten te targeten. Toen de antilichamen werden ontdekt in kamelen (en later haaien), onderzoekers herkenden snel hun unieke eigenschappen, inclusief hun kleine formaat, hoge oplosbaarheid en het vermogen om zelfs doelen te herkennen die verborgen zijn of zich in tussenliggende toestanden bevinden. Ze zijn veel kleiner dan de antilichamen die van nature in mensen en de meeste andere organismen worden aangetroffen, maar kunnen gemakkelijk worden gemaakt en gewijzigd in bacteriën en andere cellen.

De andere functie is afhankelijk van degrons, korte sequenties in eiwitten die verantwoordelijk zijn voor het reguleren van de snelheid van de afbraak van een eiwit. Deze kunnen ook worden aangepast om de uitputting van een doeleiwit af te stemmen op de gewenste niveaus.

Wanneer gecombineerd als NanoDegs, ze worden een krachtige, universeel platform voor het moduleren van cellulaire eiwitniveaus, zei Segatori.

"Eigenlijk, het stelt ons in staat om de specifieke hoeveelheid eiwitten in cellen te controleren, "zei ze. "We kunnen het aanpassen aan elk eiwit in een cel, en zodra het degron-gelabelde nanobody aan die partner bindt, het hele complex is afgebroken.

"Het voordeel van dit systeem is dat het gericht is op expressie op eiwitniveau, "Zei Segatori. "Typisch, wanneer mensen de hoeveelheid eiwitten in cellen willen moduleren, ze werken op DNA of RNA - het genetische - niveau. Maar door op eiwitniveau te handelen, we kunnen ons richten op verschillende wijzigingen na de regelgeving, en nog veel belangrijker, we hebben veel meer controle over de snelheid en mate van uitputting van het eiwit."

Als bewijs van principe, de onderzoekers ontwierpen een synthetisch gencircuit dat zowel groen fluorescerend eiwit (GFP), die onderzoekers gebruiken om te rapporteren over cellulaire processen, en een NanoDeg die erop gericht is. "We gebruikten GFP omdat het een veelgebruikte reporter is en fluorescentie gemakkelijk te meten is. Segatori zei. "Als het nanobody GFP herkent, het hele complex wordt genomen voor degradatie."

Het zal ook nuttig zijn voor diegenen die schonere informatie willen over de activiteiten van eiwitten in cellen.

"Stel dat je een genetisch circuit ontwerpt waarin GFP-expressie wordt geactiveerd wanneer de cel onder stress staat, zoals uithongering van voedingsstoffen of hitte, bijvoorbeeld, Segatori zei. "Als de cel wordt blootgesteld aan de stimulus, GFP wordt uitgedrukt en u kunt een toename in celfluorescentie detecteren.

"Maar als je de prikkel wegneemt, het verval van het signaal weerspiegelt niet noodzakelijk het verval van de stimulus; het weerspiegelt de stabiliteit van de GFP-reporter, " zei ze. "Wat we hebben gedaan, is een gencircuit creëren waarin GFP-expressie wordt geactiveerd onder stimulus, maar wanneer de stimulus wordt uitgeschakeld, de NanoDeg degradeert GFP zeer snel. Dat verhoogt de gevoeligheid en dynamische resolutie van een synthetisch genencircuit."