ИИ-дизайн белков помог учёным заглянуть внутрь живых клеток
Учёные из Института дизайна белков, исследовательского кампуса Janelia и EMBL Heidelberg разработали синтетические флуоресцентные метки NovoTags. Они позволяют отслеживать конкретные белки внутри живых клеток с помощью сверхразрешающей микроскопии. Результаты опубликованы в журнале Science. Об этом пишет издание Phys.org.
Проект объединил два направления: ИИ-дизайн белков, за который Дэвид Бейкер получил Нобелевскую премию по химии в 2024 году, и передовые технологии микроскопии EMBL. Стеффен Кляйн из группы Махамид провёл шесть месяцев в лаборатории Бейкера, чтобы разработать новые метки.
Аспирант Лонг Тран создал связывающие белки NovoTag для трёх красителей Janelia Fluor, охватывающих видимый спектр. Эти белки можно генетически «прикрепить» к интересующим белкам, делая их видимыми под флуоресцентным микроскопом. Затем Кляйн разработал расщепляемую индуцибельную версию NovoSplit — молекулярный переключатель, который собирается только в присутствии целевого красителя.
«Мы хотели контролировать взаимодействие белков, поэтому нам потребовалась химически индуцибельная система», — пояснил Кляйн. Система позволяет учёным быть уверенными, что два изучаемых белка вступают в контакт только при добавлении внешнего агента — красителя.
В будущем технология даст возможность одновременно отслеживать до 30 разных белков, используя уникальные комбинации спектра излучения и времени жизни флуоресценции. Последовательности NovoTags и сопутствующие красители доступны научному сообществу бесплатно.
Лаборатории Бейкера и Лависа уже расширяют коллекцию NovoTags при поддержке инициативы AI@HHMI стоимостью 500 миллионов долларов от Медицинского института Говарда Хьюза. «Комбинация de novo спроектированных белков и синтетических флуорофоров быстро расширит инструментарий для мечения в живых системах», — отметил Люк Лавис.
Система NovoSplit работает просто: метка разделена на две половины, каждая связана с разным белком. При добавлении красителя JF он действует как молекулярный клей, соединяя половинки. Это позволяет контролировать взаимодействие белков.
Следующий шаг — создание индуцибельных меток для крио-корреляционной микроскопии (cryo-CLEM). Такие метки должны быть одновременно флуоресцентными и структурно различимыми в крио-электронных томограммах. «Наша система NovoSplit формирует основу для разработки индуцибельных cryo-CLEM меток», — сказал Кляйн.
Разработка опирается на современный конвейер дизайна белков: RFdiffusion для создания каркасов, LigandMPNN для генерации аминокислотных последовательностей. Кандидаты фильтруются с помощью AlphaFold и RoseTTAFold, затем проверяются экспериментально. «В конечном счёте эта работа направлена на расширение возможностей идентификации белков непосредственно в нативных клетках», — подвела итог Юлия Махамид.
