Команда ученых обнаружила природные гибриды ДНК-белков
Открытие природных гибридов ДНК-белков помогло команде ученых под руководством биохимиков Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне предложить метод создания биогибридных молекул, сочетающих самонаводящиеся способности ДНК с широкими функциями белков, без необходимости синтезировать их по одному, 17 сентября сообщает пресс-служба университета.
Используя естественный процесс, который открыла эта команда, лаборатории по всему миру смогут использовать существующие возможности бактерий по построению молекул для создания обширных библиотек потенциально терапевтических гибридных молекул типа ДНК-белков.
Один из руководителей исследования профессор биохимии Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне Сатиш Наир пояснил:
«Два самых распространенных строительных блока в биологии — это нуклеиновые кислоты, используемые для создания РНК и ДНК, и аминокислоты, которые составляют белки. У нас есть эти два набора биологических молекул, которые выполняют очень разные функции, и на протяжении десятилетий химики пытались интегрировать их в одну молекулу».
По словам Наира, если создать сложный белок, а затем поместить на него нуклеиновую кислоту, которая заставит его двигаться именно туда, куда нужно, потому что она будет связываться с определенными участками ДНК или РНК, можно создать прецизионное лекарство.
Такие препараты можно использовать для прерывания различных процессов в клетке, способствующих развитию заболеваний, например, блокируя транскрипцию мутировавших генов или связываясь с патогенными некодирующими молекулами РНК, чтобы остановить их активность.
Первоначальное открытие было счастливым случаем, сообщил ученый. Наир с коллегами искали белки, которые связываются с металлами, когда заметили, что группа ученых в Центре Джона Иннеса в Норвиче, Англия, сообщила о молекуле, созданной бактериями, которая, по-видимому, была гибридом ДНК-белка.
Они связались с учеными Центра Иннеса, Натальей Виор и Эндрю Трумэном, предложив им еще раз исследовать молекулу, чтобы точно определить, была ли она на самом деле тем, чем они заявили. После того как первоначальное открытие было подтверждено, американские и английские ученые объединились для более глубокого анализа, чтобы выявить молекулярные механизмы, которые и сформировали гибрид.
Наир отметил, что обнаружение естественного гибрида ДНК-белков и поиск метода, с помощью которого можно заставить бактерию производить такой гибрид, упростит медленный и трудоемкий процесс его искусственного синтеза.
«Множество мощных лабораторий по всему миру используют различные методы синтетической химии для создания биогибридных молекул, и это здорово: все они являются доказательством концепции, и это работает, — сказал он. — Проблема в том, что вы не можете сделать это в больших масштабах. Вы не можете создать 100 миллионов соединений, потому что для этого вам потребуется провести химический синтез 100 миллионов раз».
В серии экспериментов Наир и его коллеги обнаружили, что два бактериальных фермента вместе преобразуют определенные пептиды в гибриды ДНК-белков. Первый фермент, YcaO, модифицирует аминокислоту в пептиде, чтобы преобразовать пептид в кольцевую структуру, подобную основаниям, которые позволяют ДНК и РНК соединяться с другими молекулами ДНК или РНК. Второй фермент — протеаза, которая отрезает одну часть новой модифицированной молекулы, превращая ее в полностью функциональный гибрид азотистого основания — белка.
Команда смогла осуществить преобразование in vitro, добавив всего три ингредиента: исходный пептид и два фермента. Но они также продемонстрировали, что этот процесс может быть осуществлен и бактерией E. coli.
Понимание этого процесса позволит лабораториям создавать гибридные молекулы, которые могут прикрепляться к любой области генома или любым молекулам РНК в клетках, указал Наир. Использование бактерий для этого ускорит процесс их создания. «Теперь мы начинаем гонку», — сказал он.
Результаты исследования ученые представили в статье «Биосинтез гибридов пептид-нуклеотидное основание в рибосомальных пептидах», опубликованной в журнале Nature Chemical Biology.
