Наблюдение за восстановлением ДНК в реальном времени с помощью сенсора для живых клеток

от

Исследования рака, тестирование безопасности лекарств и изучение биологии старения могут получить мощный импульс от нового флуоресцентного сенсора, разработанного в Утрехтском университете. Этот инструмент позволяет учёным наблюдать за повреждением ДНК и её восстановлением в реальном времени внутри живых клеток. Разработка, открывающая двери для экспериментов, которые раньше были невозможны, опубликована сегодня в журнале Nature Communications.

ДНК в наших клетках постоянно повреждается

ДНК внутри наших клеток постоянно повреждается из-за солнечного света, химических веществ, радиации или просто в результате множества процессов, которые поддерживают в нас жизнь. Обычно клетка быстро и эффективно устраняет эти повреждения. Но когда восстановление не удаётся, последствия могут быть серьёзными, способствуя старению, раку и другим заболеваниям.

До сих пор учёным было очень сложно наблюдать за этими процессами восстановления. Большинство методов требовали умерщвления и фиксации клеток в разные моменты, предлагая лишь моментальные снимки происходящего.

Новый инструмент для наблюдения за восстановлением ДНК

Исследователи из Утрехтского университета разработали инструмент, который полностью меняет ситуацию. Они создали сенсор повреждения ДНК, который позволяет учёным наблюдать, как повреждения образуются и исчезают в живых клетках и даже в живых организмах. Исследование открывает двери для экспериментов, которые были невозможны ранее.

Ведущий исследователь Тункай Баубеке описывает инновацию как способ заглянуть в клетку «без нарушения её работы». Он объясняет, что существующие инструменты, такие как антитела или наноантитела, имеют тенденцию слишком сильно связываться с ДНК. После прикрепления они могут мешать работе собственных механизмов восстановления клетки.

«Наш сенсор работает иначе, — говорит он. — Он создан из частей, взятых из естественного белка, который клетка уже использует. Он сам присоединяется к месту повреждения и покидает его, поэтому мы видим подлинное поведение клетки».

Сенсор работает путём прикрепления флуоресцентной метки к крошечному домену, заимствованному из одного из собственных белков клетки. Этот домен ненадолго связывается с маркером, который появляется на повреждённой ДНК. Поскольку взаимодействие мягкое и обратимое, оно подсвечивает повреждение, не блокируя процесс восстановления.

Возможности нового сенсора

Биолог Ричард Кардозу да Силва, который разработал и испытал инструмент, ясно помнит момент, когда он понял, что у них есть что-то особенное. «Я тестировал некоторые лекарства и увидел, что сенсор светится именно там, где светятся коммерческие антитела, — говорит он. — Это был момент, когда я подумал: это сработает».

Разница с более ранними методами разительна. Вместо того чтобы проводить десять отдельных экспериментов для фиксации десяти временных точек, учёные теперь могут проследить за всем процессом восстановления в одном непрерывном «фильме». Они могут увидеть, когда появляется повреждение, как быстро прибывают белки-восстановители и когда клетка наконец решает проблему. «Вы получаете больше данных, более высокое разрешение и, что важно, более реалистичную картину того, что происходит внутри живой клетки», — говорит Кардозу да Силва.

Команда не остановилась на культивируемых клетках. Сотрудники Утрехтского университета протестировали белок на черве C. elegans, широко используемом в биологии живом организме. Сенсор показал себя там не хуже и выявил запрограммированные разрывы ДНК, которые образуются во время развития червя. Для Баубеке это был ключевой момент. «Это показало, что инструмент можно использовать не только для клеток в лаборатории. Его можно использовать и в реальных живых организмах», — говорит он.

Перспективы использования

Возможности теперь простираются далеко за пределы наблюдения за восстановлением. Белок можно свободно присоединять к другим молекулярным частям. Это означает, что исследователи могут использовать его для картирования мест повреждения ДНК в геноме, а также для выявления того, какие белки собираются вокруг повреждённого участка. Они могут даже перемещать повреждённую ДНК в разные места внутри ядра клетки, чтобы увидеть, какие факторы влияют на восстановление. «В зависимости от вашей креативности и вашего вопроса, вы можете использовать этот инструмент разными способами», — говорит Кардозу да Силва.

Хотя сам сенсор не является медицинским лечением, он может повлиять на медицинские исследования. Многие методы лечения рака действуют путём преднамеренного повреждения ДНК опухолевых клеток. На ранних этапах разработки лекарств учёным необходимо точно измерить, сколько повреждений ДНК вызывает соединение. «Сейчас клинические исследователи часто используют антитела для оценки этого, — говорит Баубеке. — Наш инструмент может сделать эти тесты дешевле, быстрее и точнее».

Исследователи также представляют себе использование в клинической практике: от изучения естественных процессов старения до обнаружения радиации или мутагенного воздействия.

Их инструмент уже привлёк внимание. Другие лаборатории связались с ними ещё до публикации, стремясь использовать сенсор в своих исследованиях восстановления ДНК. Чтобы поддержать это, команда сделала инструмент общедоступным. Баубеке говорит: «Всё доступно онлайн. Учёные могут использовать его немедленно».

Предоставлено Утрехтским университетом.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте