Gli scienziati di UNC sviluppano il nuovo strumento optogenetic per studiare la funzione delle proteine differenti

Gli Scienziati all'Università di Scuola di Medicina di North Carolina hanno sviluppato un modo includere le opzioni luminoso rispondenti nelle proteine in moda da potere utilizzare i ricercatori i laser per manipolare il movimento e l'attività della proteina all'interno delle celle viventi e degli animali.

Facendo Uso di questa tecnica, il gruppo di UNC degli scienziati ha forzato le proteine dal nucleo delle cellule e nel citoplasma, in cui potrebbero più non fare i loro processi. I ricercatori allora guardati in tempo reale come la cella ha risposto al suo deficit del personale; il gruppo ha scoperto che i trattamenti cellulari risultanti erano più dinamici precedentemente del preveduti di.

I risultati, pubblicati oggi nella Biologia Chimica della Natura del giornale, dimostrano il valore di nuovi approcci della ricerca che possono sondare rapido la funzione dei geni e delle proteine.

“Prima che mettiate le mani su un mouse knockout per un gene o una proteina particolare, le celle che hanno fatte quella adattarsi proteina già alle loro nuove circostanze di avere uno dei sui geni portati via; tutto è cambiato,„ ha detto l'autore senior Brian Kuhlman, il PhD, il professor della biochimica e della biofisica. “Usando l'indicatore luminoso, possiamo inattivare istantaneamente una proteina. Possiamo farlo in un tipo specifico di cella, ad un momento specifico in via di sviluppo. Ciò può darci la risoluzione che dobbiamo vero capire la funzione di una proteina particolare.„

Tipicamente, quando gli scienziati vogliono imparare circa un sistema biologico (una cella, un organo, o un animale), fanno un cambiamento e poi osservano che cosa accade. Nella biologia, questo è compiuto spesso “tramortendo„ o cancellando un gene specifico. Per esempio, un ricercatore interessato dentro se una proteina è importante nel cancro potrebbe rimuovere il gene per quella proteina e guarda per vedere come pregiudica la formazione del tumore. Uno dei problemi con questo metodo è che crea un cambiamento permanente e quindi il sistema biologico ha una probabilità compensare prima che chiunque possa studiarlo.

Kuhlman ed i suoi colleghi hanno voluto sviluppare una strategia che avrebbe permesso che gli scienziati attivino rapido (o inattivare) una proteina con la precisione puntuale dei laser. L'approccio fa parte di una disciplina crescente chiamata optogenetics, dove i fasci luminosi possono agire come le serie di burattinaio per dirigere le attività all'interno delle celle. In questo studio, i ricercatori hanno deciso di usare il optogenetics per gestire l'attività delle proteine gestendo la loro posizione.

Hanno cominciato con una proteina vegetale chiamata AsLOV2 che cambia la sua forma in risposta ad indicatore luminoso. I ricercatori hanno fissato una breve sequenza aminoacidica alla proteina AsLOV2; questa sequenza ha bollato la proteina per il citoplasma. Nello scuro, questo segnale nucleare dell'esportazione è rimanere strettamente bloccato nel suo “photocage.„ Ma quando è stato bagnato nell'indicatore luminoso blu, è stato rilasciato ed inviato le proteine dal nucleo.

Piombo lo studio l'autore Hayretin Yumerefendi, il PhD, un collega postdottorale nel laboratorio di Kuhlman, avuto fuso questa costruzione ad una proteina fluorescente e poi avuto espresso queste chimere della proteina in celle del mouse. Quando in primo luogo ha esaminato le celle sotto il microscopio, potrebbe vedere i globi fluorescenti rossi minuscoli ammucchiati dentro il nucleo. Dopo Che ha esposto le celle ad una determinata lunghezza d'onda di indicatore luminoso, ha trovato che i punti rossi avevano viaggiato nel citoplasma.

Yumerefendi poi ha incluso questi interruttori della luce in due proteine chiamate LexA e Bre1 che agiscono su DNA e così normalmente risiedono nel nucleo. In entrambi i casi, ha trovato che le proteine hanno viaggiato nel citoplasma dopo attivazione mediante la luce. Che Cosa è più, ha indicato che questo movimento è stato accompagnato da una perdita nell'attività della proteina. Yumerefendi ed i suoi colleghi sono stati sorpresi imparare che le celle si sono adattate rapidamente al loro nuovo normale. Per esempio, hanno trovato che i tag del prodotto chimico che i bastoni Bre1 su DNA sono scomparso in pochi minuti quando Bre1 è stato rimosso con indicatore luminoso.

“Una delle scoperte che chiave abbiamo fatto era che questi trattamenti cellulari, che erano probabilmente relativamente lenti, sono realmente abbastanza dinamici,„ ha detto Yumerefendi. “Accadono sulle scale cronologiche che sono 30 volte più velocemente precedentemente hanno pensato. La Nostra individuazione sottolinea quanto importante è che sviluppiamo i nuovi modi guardare gli eventi biologici in tempo reale.„

Le Proteine possono svolgere i ruoli differenti nelle fasi differenti dello sviluppo, nelle parti differenti di un organismo e durante i vari stati di malattia. Di Conseguenza, i ricercatori pianificazione applicare il loro nuovo strumento optogenetic per studiare la funzione delle proteine differenti e per esaminare come “il comportamento„ di queste proteine cambia secondo gli entrambi tempo e spazio.

Sorgente: Università di Sistema Sanitario di North Carolina