Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Новый белок позволит лучше разглядеть мозг живой мыши
Ученые улучшили инфракрасный флуоресцентный белок, создав его мутантную версию. Оказалось, что если этот белок связывается с молекулой фикоцианобилина, а не с природным биливердином, его свечение становится в четыре раза ярче. Это важно для наблюдения за процессами в глубине живых тканей, так как инфракрасный свет проходит через них лучше. Исследование объяснило структурные причины этого усиления и открывает путь для создания более эффективных меток для биологической микроскопии.
Флуоресцентные белки — важный инструмент современных биологов. Среди них выделяются те, что светятся в инфракрасном диапазоне, например iRFP713, полученный на основе бактериофитохрома из бактерии Rhodopseudomonas palustris. В новой статье ученых МФТИ и Института цитологии РАН (Санкт-Петербург) описана мутантная форма белка iRFP713/C15S/V254С. Показано, что его флуоресценция станет вчетверо выше, если использовать белок в комплексе с фикоцианобилином вместо биливердина. Результат опубликован в The FEBS Journal.
Начало использования флуоресцентных белков резко увеличило возможности биологов. За «флуоресцентную революцию» в науке о жизни следует поблагодарить зеленый флуоресцентный белок GFP (green fluorescent protein), впервые выделенный из медузы Aequorea victoria. В природе он помогает морскому животному светиться, а в лабораториях по всему миру стал инструментом для визуализации клеточных процессов.
GFP, RFP (red fluorescent protein) и множество их родственников с мутациями помогли резко увеличить разрешающую способность микроскопов, изучать взаимодействия молекул, их транспорт и многое другое. Чтобы отличать флуоресценцию отдельных белковых меток при совместном использовании, необходимо различие в их спектрах флуоресценции. Проще говоря, разные цвета. Фиолетовое свечение соответствует минимальной длине волны в видимой части спектра, за ним идут синее, зеленое, желтое, оранжевое и красное.
Однако белки могут излучать и в ближнем инфракрасном спектре. Такие белки (iRFP) имеют важные преимущества. Их свечение приходится на «окно прозрачности» биологических тканей — излучение, которое не задерживают ни черный пигмент меланин, ни гемоглобин крови. Благодаря этому такие метки можно увидеть и в глубине тканей, например — в мозге живой лабораторной мыши.
Такие инфракрасные биомаркеры получены на основе белка из бактерии Rhodopseudomonas palustris RpBphP2, которая широко распространена и способна «переключать» свой метаболизм, в том числе переходя к фотосинтезу. Он имеет специальный домен, связывающий хромофор, — небольшую флуоресцирующую молекулу. Например, фикоцианобилин или биливердин, соединения из группы тетрапирролов, имеющих четыре кольца. Тетрапирролы могут ковалентно связываться с остатком цистеина белка в положении 15, на его N-концевой части, а также с другим цистеином в положении 254.
Remeeva, A. A. et al., The FEBS Journal
Один из наиболее популярных iRFP — iRFP713 — оказывается более ярким в комплексе с фикоцианобилином, но предпочитает связываться с биливердином. Это может помешать исследованию клеток человека и других млекопитающих, поскольку они содержат собственный биливердин (зеленый пигмент, образующийся в печени, селезенке и костном мозге при распаде гемоглобина).
Поэтому авторы нового исследования использовали мутантную версию белка iRFP713 — iRFP713/C15S/V254C, которая благодаря мутациям C15S (замена цистеина в положении 15 на серин) и V254C (цистеин вместо валина в положении 254) более предпочтительно связывает фикоцианобилин.
Ученые экспрессировали iRFP713/C15S/V254С в клетках линии HEK293T, полученных из эпителия почки человека. Они использовали конфокальную микроскопию, чтобы описать образование комплекса этого белка с фикоцианобилином внутри клеток. Проточная цитофлуориметрия оценила эффективность флуоресценции комплекса: она оказалась в четыре раза выше, чем в случае связывания того же белка с биливердином.
Несмотря на схожую структуру фикоцианобилина и биливердина, их способность к флуоресценции различна. Однако причина этого не до конца ясна.
Поэтому в статье также исследованы структурные основы связывания iRFP с фикоцианобилином. Для этого ученые кристаллизовали комплекс двух молекул и установили его устройство с высоким разрешением с помощью рентгеноструктурного анализа (РСА). Белок iRFP образует комплексы из отдельных белков — олигомеры. Ориентация молекул внутри них может быть противоположной: как параллельной, так и антипараллельной.
Remeeva, A. A. et al., The FEBS Journal
Далее использовали компьютерное моделирование, а именно: методы молекулярной динамики. Они показали, что подвижность белка и хромофора относительно друг друга примерно одинакова при разных способах связывания и мало меняется при замене фикоцианобилина на биливердин.
Оказалось, что плоская молекула биливердина стабилизирована системой ветвистых сопряженных пи-связей и более склонна терять энергию за счет движения, а не флуоресценции. Это определяет больший выход флуоресценции комплекса с фикоцианобилином.
Ученые пришли к выводу, что фикоцианобилин — перспективный хромофор для разработки новых флуоресцентных биомаркеров на основе бактериальных фитохромов.
«Наблюдение за биологическими процессами на молекулярном уровне лежит в основе практически всей современной биологии, поэтому разработка улучшенных инструментов для микроскопии — важнейшая задача. Мы расшифровали структуру флуоресцентного белка iRFP713, светящегося в ближне-инфракрасной области спектра, и изучили его динамику, а коллеги из Санкт-Петербурга показали, что изучавшийся вариант (в комплексе с фикоцианобилином) обладает уникальной яркостью при применении в клетках человека. Благодаря новым данным стало понятнее, почему белок столь эффективен, и появилась возможность для рационального дизайна улучшенных вариантов»,— поделился руководитель работы Иван Гущин, заведующий лабораторией структурного анализа и инжиниринга мембранных систем МФТИ.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые из МФТИ разработали и предложили новую систему единиц для электродинамики, способную примирить два главенствующих, но исторически несовместимых подхода. Эта компромиссная система, названная авторами физико-технической (ФТ), сохраняет практическое удобство Международной системы единиц (СИ), используемой инженерами по всему миру, и в то же время отражает теоретическую стройность и симметрию гауссовой системы (СГС), предпочитаемой физиками-теоретиками.
Ученые из коллаборации LIGO, VIRGO и KAGRA впервые зафиксировали гравитационно-волновые события, указывающие на существование черных дыр второго поколения — «потомков» предыдущих слияний. Открытие позволит понять, как именно во Вселенной рождаются сверхмассивные черные дыры.
Эксперимент, устроенный в морском аквариуме в Лос-Анджелесе, продемонстрировал, что акулы и скаты, принадлежащие к пластиножаберным рыбам, могут обладать более высоким уровнем интеллекта. Значит, им необходима обогащенная среда обитания при содержании в неволе.
Ученые из МФТИ разработали и предложили новую систему единиц для электродинамики, способную примирить два главенствующих, но исторически несовместимых подхода. Эта компромиссная система, названная авторами физико-технической (ФТ), сохраняет практическое удобство Международной системы единиц (СИ), используемой инженерами по всему миру, и в то же время отражает теоретическую стройность и симметрию гауссовой системы (СГС), предпочитаемой физиками-теоретиками.
Исследователи объяснили, как цивилизация майя добивалась высокой точности в предсказании солнечных затмений на протяжении столетий. Для коррекции накапливающихся астрономических неточностей они использовали сложную систему пересекающихся календарных таблиц.
В последние годы содержание кошек дома без возможности свободного выгула все чаще преподносят как идеальную модель, которая ограждает дикую фауну от нападений и обеспечивает благополучие самих питомцев. Подобные утверждения в разных частях мира звучат от некоторых защитников природы и представителей властей. Однако группа ветеринаров из Австралии и Дании недавно раскритиковала такой подход. Ученые не спорят с тем, что кошки влияют на уязвимые экосистемы и что ограничение их свободы — действенная мера по смягчению этого эффекта. Тем не менее исследователи настаивают, что жизнь в изоляции для питомцев совсем не благо. Заявляющие обратное как минимум ошибаются, а в худшем случае намеренно вводят общественность в заблуждение.
Проанализировав данные наблюдений, полученных с помощью наземных обсерваторий за последние два десятилетия, астрономы обнаружили потенциально обитаемый мир — суперземлю Gliese 251 c (GJ 251 с). Планета обращается вокруг красного карлика на расстоянии около 18 световых лет от Земли и считается одним из самых перспективных кандидатов для поисков жизни.
Согласно новой гипотезе, сознание возникает не только из-за активности нейронов, но и благодаря физическим процессам — электромагнитным полям от движения жидкости в мозге. Эта модель, как и ее предшественники, пока носит теоретический характер, но предлагает нестандартный взгляд на проблему синхронизации работы разных отделов мозга.
В современном доме, насыщенном разнообразной техникой, удлинители стали незаменимым атрибутом, позволяющим обеспечить электропитанием все необходимые устройства. Однако мало кто задумывается, что привычное использование этого аксессуара может нести серьезную угрозу безопасности. По статистике, значительная часть бытовых пожаров происходит из-за неправильной эксплуатации электропроводки и вспомогательных устройств. Какие приборы категорически нельзя подключать через удлинители и почему это может привести к трагическим последствиям, рассказывает профессор кафедры наноэлектроники РТУ МИРЭА, доктор физико-математических наук Алексей Юрасов.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно