Методика внезапного удаления белков позволяет выявить их уникальные функции в клетке, когда компенсационные механизмы не успевают активироваться. Эта стратегия, сравнимая с забастовкой сотрудников, демонстрирует, что даже при наличии резервных копий большинство белков не являются незаменимыми, если их роль экстренно нарушается.
Проблема длительного удаления белков посредством генетических манипуляций заключается в том, что клетка адаптируется, активируя заменяющие механизмы. Из примерно 6000 генов, кодирующих белки у дрожжей, около 1200 остаются функционально неизученными, а их расшифровка критична как для биологии дрожжей, так и для понимания фундаментальных процессов в человеческих клетках, генетическая составляющая которых на две трети совпадает с дрожжевой.
В основе методологии лежит система «strike machine», состоящая из трёх интегрированных компонентов: метки для целевого белка, разрушительного белка, обеспечивающего его деградацию, и медиаторной молекулы, активирующей процесс. Мгновенное устранение белка предотвращает появление замещающих механизмов, что позволяет дословно зафиксировать его основную роль. Для реализации метода был создан обширный генетический архив, охватывающий 5170 штаммов дрожжей, каждый из которых несёт метку на уникальном белке.
Работа проводилась в лаборатории профессора Майи Шульдинер Института наук Вейцмана в отделе молекулярной генетики. В исследованиях принимали участие докторант Росарио Валенти и доктор Яотам Давид, а также сотрудники Дунья Эдильби, доктор Бенджамин Дюбре, Ейнит Асраф и доктор Эхуд Сасс. Из отдела основных биологических служб доктора Томер-Меир Саламе внес значимый вклад, а международное сотрудничество обеспечили Ангела Бошнаковска и профессор Петер Релинг из Университетского медицинского центра Гёттингена в Германии. Результаты исследования опубликованы в Journal of Cell Biology.
Эксперименты выявили 220 генов, деактивация которых приводила к нарушению структуры митохондрий и снижению эффективности энергетического обмена. Дополнительно, анализ штаммов позволил определить новые белки, играющие ключевую роль в регуляции жизненного цикла и деления клеток. Выявление ранее незамеченных жизненно важных белков подтверждает, что даже малозаметные компоненты клеточного механизма могут иметь критическое значение для выживания организма. Как отметила профессор Шульдинер, «когда мы не знаем роль дефектного гена, никакого лекарства не существует».
Совместно с IT-отделом Вейцмана создана цифровая библиотека, каталогизирующая все 5170 генетически модифицированных штаммов дрожжей. Этот ресурс открыт для исследователей, которым предоставляется возможность заимствовать отдельные штаммы или целые разделы библиотеки для изучения мультиаспектных клеточных процессов.
Высокая генетическая схожесть дрожжей с человеком позволяет использовать результаты исследований для улучшения понимания фундаментальных механизмов, лежащих в основе редких генетических заболеваний. Новые данные о роли белков способствуют разработке перспективных подходов к терапии, что имеет значительный потенциал в контексте современного развития медицины.
Изображение носит иллюстративный характер
Проблема длительного удаления белков посредством генетических манипуляций заключается в том, что клетка адаптируется, активируя заменяющие механизмы. Из примерно 6000 генов, кодирующих белки у дрожжей, около 1200 остаются функционально неизученными, а их расшифровка критична как для биологии дрожжей, так и для понимания фундаментальных процессов в человеческих клетках, генетическая составляющая которых на две трети совпадает с дрожжевой.
В основе методологии лежит система «strike machine», состоящая из трёх интегрированных компонентов: метки для целевого белка, разрушительного белка, обеспечивающего его деградацию, и медиаторной молекулы, активирующей процесс. Мгновенное устранение белка предотвращает появление замещающих механизмов, что позволяет дословно зафиксировать его основную роль. Для реализации метода был создан обширный генетический архив, охватывающий 5170 штаммов дрожжей, каждый из которых несёт метку на уникальном белке.
Работа проводилась в лаборатории профессора Майи Шульдинер Института наук Вейцмана в отделе молекулярной генетики. В исследованиях принимали участие докторант Росарио Валенти и доктор Яотам Давид, а также сотрудники Дунья Эдильби, доктор Бенджамин Дюбре, Ейнит Асраф и доктор Эхуд Сасс. Из отдела основных биологических служб доктора Томер-Меир Саламе внес значимый вклад, а международное сотрудничество обеспечили Ангела Бошнаковска и профессор Петер Релинг из Университетского медицинского центра Гёттингена в Германии. Результаты исследования опубликованы в Journal of Cell Biology.
Эксперименты выявили 220 генов, деактивация которых приводила к нарушению структуры митохондрий и снижению эффективности энергетического обмена. Дополнительно, анализ штаммов позволил определить новые белки, играющие ключевую роль в регуляции жизненного цикла и деления клеток. Выявление ранее незамеченных жизненно важных белков подтверждает, что даже малозаметные компоненты клеточного механизма могут иметь критическое значение для выживания организма. Как отметила профессор Шульдинер, «когда мы не знаем роль дефектного гена, никакого лекарства не существует».
Совместно с IT-отделом Вейцмана создана цифровая библиотека, каталогизирующая все 5170 генетически модифицированных штаммов дрожжей. Этот ресурс открыт для исследователей, которым предоставляется возможность заимствовать отдельные штаммы или целые разделы библиотеки для изучения мультиаспектных клеточных процессов.
Высокая генетическая схожесть дрожжей с человеком позволяет использовать результаты исследований для улучшения понимания фундаментальных механизмов, лежащих в основе редких генетических заболеваний. Новые данные о роли белков способствуют разработке перспективных подходов к терапии, что имеет значительный потенциал в контексте современного развития медицины.
