Gør gærceller til laboratorier til undersøgelse af drivere for genregulering

Forskere har udviklet en mere effektiv platform til at studere proteiner, der spiller en central rolle i reguleringen af ​​genekspression. Fremgangsmåden bruger konstruerede gærceller til at producere enzym- og histonproteiner, udføre biokemiske assays internt, og derefter vise resultaterne.

"Biomedicinske og biotekniske forskere er interesserede i de mekanismer, der tillader histoner at regulere genaktivitet, "siger Alison Waldman, første forfatter til et papir om værket og en ph.d. studerende ved North Carolina State University. "Men de konventionelle værktøjer til histonforskning er uhåndterlige og langsomme. Vi ville udvikle noget hurtigere og billigere - og det gjorde vi."

I komplekse organismer, kromosomer består stort set af DNA og en gruppe proteiner kaldet histoner. Disse histoner er vigtige for korrekt pakning af DNA'et i kromosomer, men spiller også en rolle i reguleringen af ​​genekspression. Med andre ord, de hjælper med at bestemme, hvornår og hvordan specifikke gener slås til eller fra.

En af de funktioner, der gør histoner udfordrende at studere, er, at de ofte har kemiske ændringer, der, alene eller i kombination ændre den rolle, histonen spiller i genekspression.

"Histoner fungerer hovedsageligt som dockingssteder for andre proteiner, der påvirker genekspression, og de kemiske modifikationer, vi ser på histoner, spiller en rolle for at bestemme, hvilke proteiner der har adgang til et givet gen, "siger Balaji Rao, co-tilsvarende forfatter af papiret og en professor i kemisk og biomolekylær teknik ved NC State.

Og for at gøre sagen mere kompliceret, dette er en dynamisk proces. En histon har muligvis ingen ændringer, det kan beholde en ændring i hele cellens levetid, eller ændringer kan tilføjes og fjernes gentagne gange. Der er, kort sagt, der sker meget. Og enzymer er katalysatorerne, der er ansvarlige for alle disse ændringer. I bund og grund, enzymer er mekanismen til vedhæftning eller fjernelse af histonmodifikationer.

Så hvis du virkelig vil forstå, hvad der foregår med histoner, du er nødt til at forstå de kemiske ændringer. Men hvis du vil forstå de kemiske ændringer, du skal forstå, hvilke enzymer der er til stede, og hvad de laver.

Konventionelle metoder til at forstå, hvordan enzymer modificerer en histon, involverer brug af en af ​​to teknikker. Først, du kan bruge kemisk syntese til at skabe enzymer og histonproteiner, udfør derefter en analyse i et reagensglas for at se, hvad der sker. Sekund, du kunne genetisk manipulere en bakterie til at producere et enzym og konstruere andre bakterier til at producere histonproteiner, høst derefter de relevante proteiner, rense dem, udfør derefter en analyse for at se, hvad der sker.

"Vores teknik bruger en genetisk modificeret gærcelle til at producere både enzymet og histonen, "Waldman siger." Den kemiske modifikation finder sted i cellen, og den resulterende modificerede histon sendes til og vises på celleoverfladen. "

"Med andre ord, gærcellen fremstiller de relevante proteiner, gør analysen for dig, og viser derefter resultatet oven på, "siger Albert Keung, co-tilsvarende forfatter af værket og en assisterende professor i kemisk og biomolekylær teknik ved NC State.

Den modificerede gærplatform er betydeligt hurtigere end konventionelle teknikker. For eksempel, undersøgelse af et enkelt enzym/histonparring ville tage et par dage, i stedet for en uge.

"Men det er lettere at skalere op end eksisterende teknikker, så du ville spare væsentligt mere tid, hvis du kiggede på en masse proteiner, "Siger Keung.

"Ud over, der er nogle proteiner, der ikke kan fremstilles ved hjælp af kemisk syntese, eller det kan ikke renses, "Rao siger." Vores teknik kræver ikke kemisk syntese eller oprensning, hvilket betyder, at vi kan se på proteiner, der tidligere var vanskelige eller umulige at analysere. "

Forskerne demonstrerede anvendeligheden af ​​teknikken ved at få konstruerede gærceller til at producere to typer histoner og et velstuderet enzym kaldet p300, som tilføjer en specifik acetylgruppemodifikation til histoner.

"Vi har vist, at vores teknik virker, "Waldman siger." Det næste trin er at begynde at udvide de ændringer, vi ser på, og skalere processen. "

Papiret, "Kortlægning af restspecificiteterne for Epigenome Enzymer ved gæroverfladevisning, "er offentliggjort i tidsskriftet Cellekemisk biologi .