Флуоресцентные белки — важнейший инструмент в современных биологических исследованиях. При этом размер белка — одна из его ключевых характеристик: чем меньше флуоресцентная метка, тем слабее она влияет на поведение изучаемого объекта. Коллектив ученых из ИБХ им М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН и МФТИ разработал флуороген-активирующий белок nanoFAST размером всего 98 аминокислот, и это наименьший размер среди всех генетически кодируемых флуоресцентных меток. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ и опубликована в престижном журнале Chemical Science.
Одним из наиболее широко известных флуороген-активирующих белков является белок FAST, разработанный во Франции. FAST имеет сравнительно малый размер и способен взаимодействовать с широким спектром флуорогенов. Тем не менее его пространственная структура до последнего времени оставалась неизученной. Поэтому на первом этапе работы стояла задача получить трехмерную структуру FAST в комплексе с одним из флуорогенов — N871b. Эту задачу удалось решить с использованием спектроскопии ядерного магнитного резонанса, определив как пространственную структуру комплекса FAST/N871b, так и структуру FAST в «свободном» состоянии. Оказалось, что флуороген существенным образом стабилизирует FAST. Без него часть белка становится подвижной и теряет свою спиральную структуру. Что интересно, эта часть FAST напрямую не участвует во взаимодействии с флуорогеном. Это навело ученых на мысль, что белок FAST можно укоротить на 30% без потери его функциональности — так появилась концепция белка nanoFAST.
Пространственные структуры FAST и nanoFAST в свободном состоянии и в комплексе с флуорогенами N871B и HBR-DOM2. Источник: Chemical Science
Первые эксперименты оказались не особо обнадеживающими: nanoFAST не работал в паре со всеми известными флуорогенами FAST. Чтобы решить эту проблему, сотрудники Института биоорганической химии синтезировали библиотеку потенциальных флуорогенов, состоящую из 40 различных соединений схожей природы. Одно из соединений, HBR-DOM2, оказалось способно взаимодействовать с nanoFAST с образованием флуоресцирующего комплекса, причем яркость флуоресценции не уступала комплексам «материнского» белка FAST с известными флуорогенами. Авторам удалось продемонстрировать, что пару nanoFAST/HBR-DOM2 можно использовать для исследования живых объектов: были проведены эксперименты по флуоресцентному окрашиванию живых человеческих клеток HeLa c визуализацией нескольких клеточных белков.
Таким образом была создана самая маленькая генетически кодируемая флуоресцентная метка — nanoFAST.
Работа проведена сотрудниками группы химии гетероциклических соединений, лаборатории биомолекулярной ЯМР-спектроскопии, группы молекулярных меток для оптической наноскопии Института биоорганической химии и Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ.
Источник: "За науку".
