Российские исследователи создали биосенсор для изучения динамики воспалительных процессов

(Псевдо)гипогалогенные кислоты способны ковалентно модифицировать большинство биологических соединений. В норме они — важная часть иммунного ответа, но при нарушении регуляции синтеза повреждают собственные ткани и органы. Для визуализации (псевдо)гипогалогенных кислот и их производных российские ученые и их коллеги из Франции и Бельгии создали генетически кодируемый биосенсор. Эффективность работы сенсора показали in vitro и in vivo на рыбках данио.

Выделенный и очищенный белковый препарат Hypocrates (в пробирках) и рядом на чашке с агаром растут бактериальные колонии, экспрессирующие ген биосенсора Hypocrates 

Группа российских ученых совместно с коллегами из Бельгии и Франции разработала генетически кодируемый биосенсор для визуализации (псевдо)гипогалогенных кислот и их производных в режиме реального времени на субклеточном разрешении. Биосенсор — это химерный белок, который состоит из сенсорного домена и флуоресцентного участка. Новый сенсор ученые назвали Hypocrates (сокращенно от Hypochlorite Ratiometric Sensor) в честь древнегреческого врача Гиппократа, который одним из первых описал процесс воспаления. При помощи нового инструмента авторы надеются подробней изучить механизмы воспаления, в которых принимают участие производные (псевдо)гипогалогенных кислот, на молекулярном уровне.

Активные формы кислорода (АФК) долгое время считались исключительно источником окислительного стресса в клетках. Однако со временем ученые признали роль, например, пероксида водорода, как сигнальной молекулы. Некоторые другие АФК, такие как (псевдо)гипогалогенные кислоты и их производные, участвуют в реакциях иммунного ответа, однако как именно эти молекулы выполняют свою сигнальную функцию, остается неисследованным.

Как правило, метаболизм (псевдо)гипогалогенных кислот изучают методом масс-спектрометрии по наличию вторичных продуктов гипогалогенного стресса. Такой метод не позволяет отслеживать динамику выработки и распространения (псевдо)гипогалогенных кислот в реальном времени. Эти вещества вырабатываются активированными нейтрофилами и некоторыми другими иммунными клетками при воспалении. В норме они помогают бороться с патогенами, но, если синтез выйдет из-под контроля, (псевдо)гипогалогенные кислоты могут повреждать собственные органы и ткани. Повышение концентрации веществ этой группы в тканях часто связывают с патологическими состояниями — атеросклерозом, заболеваниями сердечно-сосудистой системы и легких, болезнью Альцгеймера. Поэтому отслеживание их концентрации — важная задача.

Генетически кодируемые белковые биосенсоры позволяют в режиме реального времени отследить место образования этих соединений, их динамику и распространение в клетках. Для того, чтобы создать подобный сенсор, авторы интегрировали круговой пермутант желтого флуоресцентного белка в измененный репрессор транскрипции NemR, который в природе встречается у E. coli.

Индикатор селективно взаимодействует с активными формами (псевдо)галогенов, после чего его оптические свойства изменяются. Сигнал такого сенсора можно представить в виде изменения соотношения интенсивности флуоресценции при возбуждении светом с длиной волны в 500 и 425 нанометров.

Сигнал сенсора оказался достаточно стабилен при физиологических значениях кислотности среды, однако повышение pH до 8 вызывало сильное изменение ответа. Чтобы избежать неверной интерпретации сигнала, ученые создали контрольную версию сенсора, который отвечает только на изменение кислотности среды, но не на присутсвие производных (псевдо)гипогалогенных кислот.

Авторы визуализировали динамику гипогалогенного стресса в живых бактериях, поглощаемых первичной культурой нейтрофилов человека. Они также показали возможность использования сенсора для исследований in vivo. Для этого биосенсор протестировали на рыбках данио, которым ампутировали хвостовой плавник. Поскольку в реакциях воспаления участвуют как и (псевдо)гипогалогенные кислоты, так и пероксид водорода, ученые одновременно использовали сенсор на H2O2, а также контрольный сенсор pH. Флуоресцентная микроскопия показала, что спустя 15 минут после ампутации части плавника оба сенсора ответили на увеличение концентрации (псевдо)гипогалогенных кислот и пероксида водорода. Вскоре после этого флуоресценция сенсора H2O2 сильно снизилась, тогда как сигнал сенсора (псевдо)гипогалогенных кислот угасал медленнее.

Таким образом, авторы создали генетически кодируемый сенсор на (псевдо)гипогалогенные кислоты и их производные, которые играют важную роль в работе иммунной системы. Этот инструмент может помочь в изучении механизмов воспалительных реакций на молекулярном уровне.

Цитируется по:
Kostyuk A.I., et al. Hypocrates is a genetically encoded fluorescent biosensor for (pseudo)hypohalous acids and their derivatives // Nature Communications 13, 171 (2022), published: 10 January 2022. DOI: 10.1038/s41467-021-27796-2.

Источник: https://pcr.news

20.01.2022