Новый нанопоровый сенсор распознает белки с высокой точностью

Распознавание белков, в том числе их различных изоформ, конформаций и модификаций имеет огромное значение для медицины. Однако имеющиеся в распоряжении врачей методики недостаточно точны и эффективны. Большие перспективы связывают с технологией нанопор — отверстий в биологической или иной мембране, имеющих селективную проводимость.

Широкое применение получила технология нанопорового секвенирования ДНК, в основе которой лежит детектирование проводимости раствора при протягивании через пору цепочки ДНК. Однако затруднения возникают при создании специфических областей контакта внутри поры, не затрудняющих прохождение лиганда.

Важным шагом на пути к более совершенным наносенсорам белков стала новая статья в Nature Communication. Исследователи из США предложили новый класс высокоточных детекторов на основе одновременно антител (точнее, монотел) и нанопор.

За основу взята пора tFhuA, представляющая собой мономерную бета-бочонок, к N-концу которого присоединен гибкий пептидный линкер (GGSGGS). К нему крепится распознающий элемент, который можно менять без потери функциональности всей конструкции.

В данном случае в качестве распознающей части сенсора использовано монотело (миметик антитела), а именно рекомбинантный белок на основе домена фибронектина типа III (FN3). Предпочтение монотелам отдано в связи с их малым гидродинамическим радиусом, а также отсутствием дисульфидных связей и тенденции попадать в просвет поры.

В случае связывания целевой молекулы белка с распознающим участком наносенсора его конформация изменяется благодаря гибкому линкеру. В результате «пойманный» белок приближается к просвету поры и меняет ее проводимость, что можно напрямую заметить по изменению тока. Показано, что такие модификации белка не нарушили его взаимодействия с мембраной.

Новую конструкцию испытали на трех различных белках: hSUMO1, важном регуляторном белке, участвующем в ДНК-репарации и клеточном цикле; ассоциированном с хроматином белке WDR5 и рецепторе эпидермального фактора роста EGFR, биомаркере нескольких типов рака.

Каждый раз для смены специфичности было достаточно заменить только монотело, не модифицирую остальную последовательность сенсора.

Во всех трех случаях домен FN3 оказывался сходным образом сориентирован перпендикулярно оси поры и существенно снижал поток ионов. Исследователи отметили быструю кинетику изменения конформации наносенсора, дополнительно подтвердив ее с помощью интерферометрии.

Таким образом, новая технология на основе монотел и нанопор позволила с высокой точностью распознать единичные молекулы белков. Не исключено, что а будущем она будет использоваться при анализе биологических жидкостей.

«По сути вы имеете "крючок", который чрезвычайно специфично узнает заданный белок. Поскольку считываемый нами сигнал строго соответствует целевому белку, эта методика исключает ложноположительные результаты, что делает ее очень практичной для биомедицинской диагностики», — прокомментировал один из авторов статьи, Ливиу Мовилеану из Сиракузского университета.

Российские исследователи создали биосенсор для изучения динамики воспалительных процессов