У человеческого тела есть изящный способ включить и выключить его белки, чтобы изменить их функцию и деятельность в клетках: фосфорилирование, обратимое приложение групп фосфата к белкам. Эти «художественные оформления» на белках обеспечивают огромное разнообразие функции и важны для всех форм жизни. Мало известно, однако, о том, как этот динамический процесс работает в людях.
Используя специальное напряжение E. coli бактерии, исследователи построили технологию платформы синтеза белка без клеток, которая может произвести большие количества этих человеческих фосфопротеинов для научных исследований. Это позволит ученым узнать больше о функции и структуре фосфопротеинов и определить, которые вовлечены в болезнь.«Эти инновации помогут прогрессу понимание человеческой биохимии и физиологии», сказал Майкл К. Джуитт, биохимический инженер, который возглавил Северо-западную команду.
Исследование было опубликовано 9 сентября журналом Nature Communications.Проблема в процессе фосфорилирования может быть признаком болезни, такой как рак, воспламенение и болезнь Альцгеймера.
Человеческий протеом (весь набор выраженных белков), как оценивается, является phosphorylated больше чем на 100 000 уникальных мест, делая исследование phosphorylated белков и их роли в болезни грандиозной задачей.«Наша технология начинает делать это послушной проблемой», сказал Джуитт. «Мы теперь можем сделать эти специальные белки в беспрецедентных урожаях со свободой дизайна, который не возможен в живых организмах.
Последствие этой инновационной стратегии огромно».Джуитт, адъюнкт-профессор химической и биологической разработки в Школе Маккормика Нортвестерна Разработки и его команде работал с Йельскими коллегами во главе с Джесси Ринехартом. Джуитт и Ринехарт – co-corresponding авторы исследования.Как синтетический биолог, Джуитт использует системы без клеток, чтобы создать новые методы лечения, химикаты и новые материалы, чтобы повлиять на здравоохранение и окружающую среду.
«Эта работа обращается к более широкому вопросу того, как мы можем повторно иметь целью механизм синтеза белка клетки для синтетической биологии», сказал Джуитт. «Здесь мы находим новые способы усилить это оборудование, чтобы понять фундаментальные биологические вопросы, определенно фосфорилирование белка».Джуитт и его коллеги объединили современные инструменты разработки генома и спроектировали биологические «части» в платформу выражения белка «Plug and Play», которая без клеток. Системы без клеток активируют сложные биологические системы, не используя проживание неповрежденных клеток.
Сырые лизаты клетки или извлечения, используются вместо этого.Определенно, исследователи подготовили лизаты клетки геномным образом повторно закодированных бактерий, которые включают аминокислоты, не найденные в природе. Это позволило им использовать спроектированное оборудование клетки и превращать его в фабрику, способную к по требованию биопроизводству новых классов белков.«Эта производственная технология позволит ученым расшифровать фосфорилирование ‘кодекс’, который существует в человеческом протеоме», сказал Джейвин П. Оза, ведущий автор исследования и постдокторант в лаборатории Джуитта.
Чтобы продемонстрировать их технологию платформы без клеток, исследователи произвели человеческую киназу, которая вовлечена в быстрое увеличение опухолевой клетки и показала, что это было функционально и активно. Киназа – фермент (белок, действующий как катализатор), который передает группу фосфата на белок. Посредством этого процесса киназы активируют функцию белков в клетке. Киназы вовлечены во многие болезни и, поэтому, особенно интересный.
«Способность произвести киназы для исследования должна быть полезной в изучении, как эти белки функционируют и в развитии новых типов наркотиков», сказал Джуитт.