Wetenschap
Wetenschappers ontwikkelen een nieuwe aanpak om weefselspecifieke eiwit-eiwitinteracties te ondervragen
Meercellige organismen, zoals dieren en planten, hebben complexe cellen met diverse functies. Deze complexiteit komt voort uit de noodzaak voor cellen om verschillende eiwitten te produceren die met elkaar interageren. Deze interactie is cruciaal voor cellen om hun specifieke taken uit te voeren en complexe moleculaire machines te vormen.
Ons huidige begrip van dergelijke eiwit-eiwitinteracties ontbeert echter vaak een cellulaire context omdat ze meestal werden bestudeerd in een in vitro systeem of in cellen geïsoleerd uit hun weefselomgeving. Effectieve methoden om eiwit-eiwit-interacties op een weefselspecifieke manier te onderzoeken ontbreken grotendeels.
Om deze technologische kloof te overbruggen heeft een gezamenlijk onderzoeksteam van de Universiteit van Hong Kong (HKU), onder leiding van professor Xiang David Li van de afdeling Scheikunde en professor Chaogu Zheng van de School of Biological Sciences, beiden van de Faculteit Wetenschappen, samen met Dr. Xiucong Bao van de School of Biomedical Sciences, Li Ka Shing Faculteit der Geneeskunde, heeft onlangs een nieuwe chemische biologie-aanpak ontwikkeld.
Het team labelde eiwitten uit specifieke cellen met een bifunctionele aminozuursonde waarmee de gelabelde eiwitten kunnen worden geïsoleerd en eiwit-eiwit-interacties worden vastgelegd door middel van foto-crosslinking.
Deze nieuwe methode, Methionine Analog-based Cell-Specific Proteomics and Interactomics (MACSPI), heeft het team in staat gesteld veel nieuwe weefselspecifieke eiwitten en eiwitinteracties te identificeren, waardoor we beter kunnen begrijpen hoe cellen in levende organismen werken en verschillende biologische problemen kunnen bestuderen. zoals orgaanontwikkeling en ziektepathogenese.
Het werk is onlangs gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences .
Innovatief ontwerp
Het team ontwierp en synthetiseerde een onnatuurlijk aminozuur (foto-ANA) dat structureel vergelijkbaar is met methionine, het natuurlijk voorkomende aminozuur, maar met twee extra componenten.
Eén component is een alkyngroep, die kan worden gebruikt als chemisch handvat om de gelabelde eiwitten te extraheren en te zuiveren. De andere is een diazirinegroep, die door licht kan worden geactiveerd om stabiele covalente bindingen te creëren tussen de gelabelde eiwitten en alle moleculen waarmee ze een interactie aangaan.
Vervolgens ontwikkelde het team een enzym genaamd MetRS om een variant te creëren die het onnatuurlijke aminozuur kan herkennen en in eiwitten kan opnemen terwijl ze worden gebouwd. Door de expressie van dit gemanipuleerde enzym in specifieke weefsels te controleren, worden alleen eiwitten uit het weefsel van belang gelabeld met een chemische probe. Bovendien kunnen met door licht geïnduceerde crosslinking eiwitcomplexen uit specifieke weefsels worden opgevangen en geïsoleerd.
Als proof-of-concept heeft het team de MACSPI-methode toegepast om eiwitten uit respectievelijk spiercellen en neuronen te profileren in een modelorganisme genaamd C. elegans en veel nieuwe weefselspecifieke eiwitten gevonden.
Het team demonstreerde ook het nut van de methode bij het vastleggen van weefselspecifieke eiwit-eiwitinteractie door weefselspecifieke interactoren van een alomtegenwoordig tot expressie gebracht eiwit te identificeren, zoals de moleculaire chaperonne genaamd HSP90. Er werd ontdekt dat HSP90 zich aan verschillende sets eiwitten bindt om verschillende biologische processen in spieren en neuronen te reguleren.
"Deze studie is een uitstekend voorbeeld van hoe innovatieve chemische etiketteringsmethoden kunnen helpen bij het oplossen van moeilijke biologische problemen", zegt professor Xiang David Li.
"Het begrijpen van de eiwit-eiwit-interactie bij de cellulaire resolutie is vaak van cruciaal belang om het moleculaire mechanisme van een pathologisch proces te ontcijferen. We onderzoeken momenteel bijvoorbeeld de functies van de neuronale HSP90-interactoren die we hebben geïdentificeerd; sommige lijken betrokken te zijn bij neurodegeneratie bij een Parkinson-patiënt." ziektemodel”, zegt professor Chaogu Zheng.
Het team voorziet dat de MACSPI-methode in veel meercellige organismen kan worden gebruikt om proteomen en interactomen te profileren met ruimtelijke en temporele specificiteit, wat een breed spectrum van biologisch en biomedisch onderzoek kan faciliteren.