Belysning af bittesmå proteiner i levende celler ved hjælp af enkelt-rest mærkningsmærker

SciLifeLab Fellow Simon Elsässer laboratorium ved Karolinska Institutet rapporterer en metode, som tillader fluorescerende mærkning af proteiner med den lille forstyrrelse - en enkelt aminosyre - tilsat genetisk i hver ende af et (mikro)protein af interesse. Metoden kaldes Single-residue Terminal Labeling (STELLA).

For tredive år siden, kloningen af ​​det grønne fluorescerende protein GFP, sammen med genteknologiske værktøjer, revolutionerede feltet ved at gøre det muligt for forskere at fusionere et fluorescerende 'beacon' til ethvert protein af interesse, så det direkte kan observeres i levende celler ved hjælp af fluorescensmikroskopi. Nutidens mikroskoper opnår levende billeddannelse, ved nanometer opløsning, i flerfarvet, giver forskere mulighed for at løse selv de mindste subcellulære strukturer. Fluorescerende proteiner har dog en begrænsning:Størrelsen af ​​det fluorescerende tag svarer ofte til størrelsen af ​​et typisk foldet protein, således tilføje en betydelig molekylær 'last' til proteinet under undersøgelse og potentielt påvirke dets funktion. Dette kan blive en særlig hindring for studiet af mikroproteiner, en nyligt værdsat klasse af proteiner, der er meget mindre end gennemsnittet.

I en undersøgelse ledet af en postdoc-forsker Lorenzo Lafranchi fra Simon Elsässer laboratorium ved Karolinska Institutet SciLifeLab, en metode rapporteret, som tillader fluorescerende mærkning af proteiner med den lille forstyrrelse - en enkelt aminosyre - tilsat genetisk i hver ende af et (mikro)protein af interesse. Metoden kaldes Single-residue Terminal Labeling, STELLA. Den er baseret på en syntetisk byggesten (en ikke-kanonisk "designer" aminosyre, snarere end en af ​​de 21 kanoniske), der er inkorporeret sammen med et større tag ved hjælp af en teknik kaldet genetisk kodeudvidelse. Tagget fjernes derefter hurtigt af cellen, efterlader en enkelt terminal designeraminosyre på proteinet af interesse. Designer-aminosyren introducerer en kemisk gruppe i proteinet, som efterfølgende tillader konjugation med et lille organisk fluorescerende farvestof, oplyse proteinet af interesse inde i den levende celle. Fordelen i forhold til eksisterende mærkningsteknikker, der er afhængige af udvidelsen af ​​den genetiske kode, og STELLA kan bruges til at mærke termini af alle proteiner.

Studiet, offentliggjort i Journal of the American Chemical Society , demonstrerer anvendeligheden af ​​STELLA til fluorescerende mærkning af en række humane proteiner og mikroproteiner, lokaliseret til forskellige subcellulære rum og organeller. Ud over cellulære proteiner, holdet var også i stand til at mærke og lokalisere en række uhåndgribelige polypeptider produceret af SARS-CoV2 coronavirus, der forårsager Covid-19.