استفاده از نور برای کنترل طول عمر یک پروتئین

 

استاد کای ژانگ، استاد بیوشیمی دانشگاه ایلینوی که این تحقیق را رهبری کرده است، گفت: تکنیک های قبلی برای کنترل سطح پروتئین شامل افزودن مواد شیمیایی که پروتئین های خاصی را تخریب می کنند، بوده است. ژانگ گفت، استفاده از نور، روشی به نام اپتوژنتیک، روشی کارآمد و غیر سمی برای کنترل سطح پروتئین است.
ژانگ گفت، در رویکردهای اوپتوژنتیک قبلی، دانشمندان پروتئین های خاصی را تغییر دادند به طوری که تابش نور در سلول باعث تجزیه پروتئین ها می شود.

پایا موندال، دانشجوی فارغ التحصیل آزمایشگاه ژانگ می گوید: "ما می خواستیم سیستمی را توسعه دهیم که بتوانید پروتئین هدف را با استفاده از نور تثبیت کنید." "این می تواند کاربردهایی در سرطان داشته باشد که می خواهید یک مهار کننده سرطان را تثبیت کنید."

پروتئین ها به روش های مختلفی در سلول ها فعال می شوند. محققان می خواستند اطمینان حاصل کنند که روش آنها بر روی هر پروتئین مورد علاقه کار می کند.
تکنیک جدید این تیم با نام GLIMPSe شامل اتصال یک توالی پپتید کوتاه به نام دگرون به پروتئین هدف است که سلول را برای تخریب آن سیگنال می دهد. نور باعث می شود سلول دگرون را از بین ببرد، بنابراین پروتئین را از تخریب نجات می دهد. این تکنیک به دانشمندان امکان می دهد که چه اتفاقی می افتد هنگامی که پروتئین در سلول وجود داشته باشد یا وجود نداشته باشد یا در صورت وجود در سطوح پایین تر و بالاتر باشد.

 

 

محققان دو نوع پروتئین را اصلاح کردند: کیناز و فسفاتاز.

ژانگ گفت: "اگر کیناز را فعال کنید، سلول را به سمت یک سلول عصبی متمایز می کند." "اگر فسفاتاز را فعال کنید، این تمایز را مسدود می کند."

موندال گفت: "ما نشان دادیم که می توان پایداری دو کلاس مختلف پروتئین را با استفاده از نور کنترل کرد." "ما در 30 دقیقه پس از استفاده از نور، تثبیت پروتئین را دیدیم."

ژانگ گفت: "یکی از محدودیت های این سیستم این است که به محض نجات پروتئین، دیگر توانایی کنترل سطح آن را نداریم." "سرانجام، سلول پروتئین را تخریب می کند."

محققان در تلاشند تا تکنیک های جدیدی را برای گسترش هرچه بیشتر کنترل خود ایجاد کنند.

این یافته ها نتیجه همکاری طولانی مدت با جینگ یانگ، استاد دانشگاه مقایسه ای علوم زیست ایلینویز و نویسنده همکار مقاله است.

ژانگ گفت: "ما شروع به بررسی رشد جنینی کردیم و پروفسور یانگ مطالعه دقیقی درباره نحوه عملکرد دگرون انجام داد." "با پل زدن رشد جنینی با زیست شناسی مصنوعی، ابزارهای جدیدی ایجاد کردیم."

تیم ژانگ در حال بررسی چگونگی کنترل پایداری پروتئین پس از نجات اپتوژنتیک آن و نحوه استفاده از این روش برای مطالعه رشد جنین است.

 

منبع:
Mondal et al. 2019. Repurposing Protein Degradation for Optogenetic Modulation of Protein Activities. ACS Synthetic Biology. https://doi.org/10.1021/acssynbio.9b00285.