Их новое исследование, недавно опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, исследует, как можно использовать эволюцию для открытия новых и полезных ферментных инструментов, называемых протеазами.Протеазы расщепляют белки на более мелкие пептидные части, которые ученые могут затем проанализировать, чтобы определить идентичность белка и внести ли клетка химические изменения в белок, которые могут изменить его функцию.
Новая протеаза, разработанная в ходе исследования, помогает пролить свет на эти химические изменения, называемые посттрансляционными модификациями. Посттрансляционные модификации — это изменения, вносимые в белки после того, как белки транслируются с РНК.«Мы должны наблюдать за этими модификациями белков непосредственно с помощью химического анализа; мы не можем считывать их из последовательности ДНК», — объяснил старший автор исследования Брайан М. Пэгел, доцент TSRI.
Эти модификации могут резко изменить стабильность и функцию белка, а нерегулируемая модификация может привести к заболеванию, например, к раку. Следовательно, понимание природы и местоположения этих модификаций может иметь решающее значение на ранних этапах открытия лекарств.В настоящее время ученые полагаются на метод, называемый масс-спектрометрией, для изучения посттрансляционных модификаций.
С помощью масс-спектрометрии ученые анализируют пептиды, чтобы увидеть, изменяется ли их масса — это немного похоже на увеличение этого белка, чтобы увидеть скрытые детали. Неожиданное изменение массы может указывать на возникновение посттрансляционной модификации.Многие ученые сегодня используют протеазу под названием трипсин для расщепления белков на пептиды. Поскольку для масс-спектрометрии доступно немного других протеаз, трипсин стал рабочей лошадкой в этой области.
Однако, объяснил Пегель, если трипсин генерирует пептид с модифицированным сайтом, это удача. Поэтому Пейгель и его коллеги подумали, что было бы полезно иметь новый инструмент, который раскалывает измененный участок.Чтобы решить эту проблему, Пегель разработал новый «мутант» трипсина, используя технику, названную «направленной эволюцией».
Ученые создали много тысяч мутантов трипсина и протестировали каждый мутант на его способность разрезать белок на измененных участках. Они обнаружили мутант, который может разрезать белки цитруллина, что является одним из типов модификации.
Пегель считает, что этот новый подход может быть полезен для картирования более широкого диапазона посттрансляционных модификаций, и он надеется использовать направленную эволюцию для обнаружения протеаз, нацеленных на многие другие посттрансляционные модификации. «Я думаю, что мы находимся на грани взрыва новых инструментов для масс-спектрометрии», — сказал он.