Одно из направлений работы научно-исследовательской лаборатории синтетических нейротехнологий НИИ трансляционной медицины РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России — разработка внутриклеточных генетически кодируемых флуоресцентных биосенсоров и их использование для исследований окислительных процессов, происходящих в живых клетках в норме и при патологии. Проект выполняется в тесном сотрудничестве с учеными Института биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, которыми ранее были созданы первые в мире сенсоры для анализа концентрации внутриклеточной перекиси водорода. О том, как устроены флуоресцентные биосенсоры и как они работают, вы узнаете из этой статьи.
Как работают редокс-биосенсоры?
К настоящему моменту разработано несколько видов биосенсоров, предназначенных для разных задач. Самый простой биосенсор — это репортерный флуоресцентный белок, по экспрессии которого можно судить об активности промотора, который реагирует на определенные условия в клетке, например на наличие в ней тех или иных метаболитов или изменения в редокс-статусе.
Другой тип биосенсоров был создан для оценки соотношения восстановленной (GSH) и окисленной (GSSG) форм глутатиона (трипептида γ-глутамилцистеинилглицина) — важнейшего показателя редокс-статуса клеток. Биологическая функция глутатиона обусловлена способностью его двух восстановленных молекул отдавать пару электронов молекуле-акцептору. При этом глутатион переходит в окисленную форму с образованием дисульфида GSSG, который вновь может восстановиться с помощью фермента глутатионредуктазы. GSH выполняет ключевую роль в реакциях восстановления перекисей липидов и пероксида водорода, которые возникают в клетках при окислительном стрессе.
Круговая пермутация
Настоящий прорыв в области биосенсоров наступил благодаря разработке специалистами РНИМУ им.Н.И.Пирогова флуоресцентных белков с круговой пермутацией. Круговая пермутация заключается в том, что N- и C-концы белка соединяются друг с другом посредством полипептидной цепочки, а вновь образованные N- и C-концы оказываются расположены очень близко к хромофору. Вышеупомянутые перестройки осуществляются на уровне гена.
Сенсоры семейства HyPer — контроль перекиси водорода
Исследователям под руководством д.б.н. Всеволода Вадимовича Белоусова удалось разработать сразу несколько групп биосенсоров, предназначенных для разных целей. В частности, был разработан биосенсор HyPer, нацеленный на мониторинг перекиси водорода в клетках.
Мониторинг гипогалогенного стресса
Другая группа сенсоров позволяет осуществлять мониторинг гипогалогенного стресса. Под руководством старшего научного сотрудника лаборатории к.б.н. Дмитрия Сергеевича Билана был создан сенсор Hypocrates, который может распознавать псевдо- или гипогалогеновые кислоты. Галогеновые кислоты имеют гидроксильные группы, связанные с ионами галогенов, за что они и получили свое название. Эти кислоты образуются под действием некоторых пероксидаз млекопитающих. Эти же ферменты могут осуществлять и обратный процесс: в присутствии H2O2 псевдогалогеновые ионы Xпревращаются в OX-. Галогеновые кислоты задействованы как антиоксиданты в работе иммунной системы, и их мониторинг важен для исследований воспалительных процессов.
Будем надеяться, что исследования наших ученых и их коллег РНИМУ им. Н.И.Пирогова помогут существенно расширить коллекцию биосенсоров, что позволит изучить функционирование живой клетки на совершенно ином уровне.
Приемная комиссия
Admission Office
Сайт РНИМУ им.Н.И.Пирогова: https://rsmu.ru/
Вконтакте: https://vk.com/rnimu
Telegram: https://t.me/daily_2med
Одноклассники: https://ok.ru/rnimu