Сверхчувствительный к кальцию мутант светящегося белка обелина создали в Сибири

Фотопротеины — это белки, которые излучают свет в присутствии ионов кальция. В природе они встречаются у многих организмов, в том числе и у светящихся медуз. А в лабораториях их уже давно применяют для отслеживания кальциевых сигналов внутри клеток, ведь кальций управляет основными клеточными процессами. Удобство фотопротеинов в том, что интенсивность их свечения напрямую зависит от количества кальция: чем его больше, тем ярче сигнал. При этом для реакции не нужны ни кислород, ни дополнительные вещества, достаточно самого белка и ионов кальция. Эти свойства сделали фотопротеины идеальными индикаторами для оценки внутриклеточной концентрации кальция.

Коллектив исследователей из Красноярского научного центра СО РАН улучшил свойства природного светящегося белка обелина, заменив в его структуре аминокислоту изолейцин на другие аминокислотные варианты. В одной из созданных мутантных форм изолейцин был заменен на лейцин. Такой вариант в десятки раз лучше природного белка реагирует на изменение содержания внутриклеточного кальция и может стать основой для нового поколения биотестов.

Этот мутант показал себя стабильным и в условиях живых клеток, где он оказался в два раза более чувствительным к кальцию, чем природная форма белка. Значит, он вдвое точнее может отслеживать изменения концентрации кальция в цитоплазме клеток, чем природный белок. А также способен регистрировать даже слабые кальциевые сигналы в клетке, которые природный белок не видит.

«Белковая инженерия — эффективный подход для создания белков с улучшенными свойствами. В природном обелине молекула субстрата, отвечающая за свечение, плотно упакована внутри белка, вокруг которого выстроены остальные части молекулы. Мы предполагаем, что замена изолейцина на лейцин изменяет положение этой молекулы внутри белка. Это формирует структуры с более высоким сродством к ионам кальция, обеспечивая тем самым свечение при значительно меньших концентрациях кальция. Интересно, что аналогичные замены в близких светящихся белках акворине и клитине, которые мы провели для проверки, тоже повысили чувствительность к кальцию, однако прирост сигнала оказался значительно ниже, чем у мутанта обелина», — объяснил руководитель исследования Евгений Высоцкий, кандидат биологических наук, заведующий лабораторией фотобиологии Института биофизики СО РАН.

«Благодаря повышенной чувствительности полученный белок позволяет фиксировать небольшие изменения концентрации кальция в клетке. Он может стать перспективным инструментом для изучения клеточных процессов, в которых кальций участвует как сигнальная молекула. Также его можно использовать для изучения действия лекарственных препаратов и поиска новых подходов к терапии. К примеру, при помощи мониторинга кальция можно точнее отслеживать, как препарат влияет на клетку, и отбирать на этой основе наиболее перспективные соединения», — уточила один из авторов работы Наталья Маликова, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института биофизики СО РАН.

Исследование поддержано Российским научным фондомю Результаты исследования опубликованы в журнале International Journal of Biological Macromolecules.