یک پیشرفت بزرگ در زمینه زیست شناسی ساختاری



روش جدید کریستالیزاسیون پروتئین بدون سلول (CFPC) که توسط Tokyo Tech توسعه یافته است، شامل تبلور مستقیم پروتئین است و یک پیشرفت بزرگ در زمینه زیست شناسی ساختاری است. این تکنیک تجزیه و تحلیل پروتئین های ناپایدار را که نمی توان با استفاده از روش های مرسوم مطالعه کرد، امکان پذیر می کند. تجزیه و تحلیل اینها دانش ما را در مورد فرآیندها و عملکردهای سلولی افزایش می دهد.

در حالی که ما با کریستال های خاصی مانند نمک و شکر که در زندگی روزمره خود استفاده می کنیم آشنا هستیم، مجموعه دیگری از کریستال ها وجود دارد که از چشم غیر مسلح پنهان است و برای زیست شناسی ما بسیار مهم است. کریستال های میکروسکوپی پروتئین در سلول های زنده یافت می شوند و به حفظ فرآیندهایی مانند فعال سازی سیستم ایمنی، ذخیره پروتئین و محافظت کمک می کنند.

برای درک بهتر رابطه بین ساختار و عملکرد کریستال های پروتئین، دانشمندان روش کریستالیزاسیون پروتئین درون سلولی (ICPC) را توسعه دادند که می تواند مستقیماً کریستال های پروتئین را در سلول های زنده مشاهده کند و از کریستال های با کیفیت بالا بدون نیاز به فرآیندهای تصفیه یا غربالگری پیچیده اطمینان حاصل کند. مواد و روش ها. با این حال، با وجود مزایای بسیار، ساختارهای بسیار کمی گزارش شده است زیرا بلورهای تشکیل شده در سلول های زنده اندازه و کیفیت لازم برای تجزیه و تحلیل را نداشتند. بنابراین، تیمی از محققان ژاپنی به رهبری پروفسور Takafumi Ueno از Tokyo Tech با هدف توسعه روش بهتری تلاش کردند. و اخیراً آنها به موفقیت دست یافتند!

در مقاله خود منتشر شده در گزارش های علمی، تیم توسعه تکنیکی را گزارش کرد که تبلور و تجزیه و تحلیل پروتئین را کارآمدتر و مؤثرتر می کند. این تکنیک – روش کریستالیزاسیون پروتئین بدون سلول (CFPC) – ترکیبی بین درونکشتگاهی کریستالیزاسیون پروتئین و ICPC، و امکان تشکیل سریع و مستقیم بلورهای پروتئینی را بدون نیاز به روش های پیچیده تبلور و خالص سازی فراهم کرد.

پروفسور می گوید: “انتظار می رود که ICPC به ابزار مهمی در تجزیه و تحلیل ساختار کریستالی تبدیل شود، اما ما به روشی برای به دست آوردن ساختارهای بلوری پروتئین با وضوح بهتر نیاز داریم. بنابراین، ما بر ایجاد کریستالیزاسیون پروتئین با کیفیت بالا با استفاده از CFPC با واکنش های کوچک و سریع تمرکز کردیم.” Ueno، که همچنین سرپرست آزمایشگاه Ueno در فناوری توکیو است. اعضای این آزمایشگاه مجموعه‌های پروتئینی طبیعی، ساختار و عملکرد آن‌ها را مطالعه می‌کنند تا از این دانش برای توسعه راه‌حل‌های بیوتکنولوژی و انرژی نوآورانه استفاده کنند.

با بازگشت به تیمی که مطالعه فعلی را انجام داده‌اند (که برخی از آنها نیز اعضای آزمایشگاه Ueno هستند)، از کیت سنتز پروتئین جوانه گندم استفاده کردند که ابزاری برای سنتز مونومر پلی‌هدرین، یک پروتئین ویروسی است که در سلول‌های حشرات تولید می‌شود. عفونت سیپوویروس سپس این پروتئین با استفاده از روش جدید CFPC متبلور شد و منجر به تشکیل بلورهای چند وجهی در اندازه نانو (PhC) شد. این تیم توانست این فرآیند را در مدت 6 ساعت و تنها با استفاده از 20 میکرولیتر از مخلوط واکنش به طور موثر انجام دهد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که PhCها دارای خلوص عالی هستند، که امکان تعیین ساختار آنها را با وضوح بالای 1.95 Å (یا 1.95 آنگستروم) فراهم می کند. برای بررسی بیشتر قابلیت‌های سیستم جدید خود، این تیم تجزیه و تحلیل ساختاری پروتئین کریستالی A (CipA) را انجام داد. ساختار آن با وضوح بالای 2.11 Å تعیین شد، چیزی که قبل از این مطالعه هرگز گزارش نشده بود.

این کار یک جهش بزرگ در زمینه زیست شناسی ساختاری است زیرا روش پیشنهادی آن تجزیه و تحلیل پروتئین های ناپایدار و کم بازده را که نمی توان از طریق روش های مرسوم مطالعه کرد، امکان پذیر می کند. هدف این فناوری همچنین کمک به توسعه تکنیک های پیشرفته برای تبلور و تجزیه پروتئین در مقیاس کوچک و سریع است.

کریستال‌های پروتئینی با کیفیت بالا که با روش ما تولید می‌شوند، افق‌های تعیین ساختاری را گسترش می‌دهند و بینش مفید و بی‌سابقه‌ای را در مورد محیط پیچیده سلول‌های زنده به ما ارائه می‌دهند.”

پروفسور Takafumi Ueno از توکیو تک

نمایی شفاف از پروتئین های کریستالی در واقع!

منبع:

موسسه فناوری توکیو

مرجع مجله:

آبه، اس. و همکاران (2022) کریستالیزاسیون پروتئین بدون سلول برای تعیین ساختار نانوکریستال. گزارش های علمی doi.org/10.1038/s41598-022-19681-9.



منبع