Forskare har utvecklat en mer effektiv plattform för att studera proteiner som spelar en nyckelroll för att reglera genuttryck. Metoden använder konstruerade jästceller för att producera enzym- och histonproteiner, genomföra biokemiska analyser internt, och visa sedan resultaten.

"Biomedicinska och biotekniska forskare är intresserade av de mekanismer som gör att histoner kan reglera genaktivitet, säger Alison Waldman, första författare till en uppsats om verket och en doktorsexamen student vid North Carolina State University. "Men de konventionella verktygen för histonforskning är otympliga och långsamma. Vi ville utveckla något snabbare och billigare - och det gjorde vi."

I komplexa organismer, kromosomer består till stor del av DNA och en grupp proteiner som kallas histoner. Dessa histoner är viktiga för att packa DNA:t i kromosomer korrekt, men också spela en roll för att reglera genuttryck. Med andra ord, de hjälper till att avgöra när och hur specifika gener slås på eller av.

En av funktionerna som gör histoner utmanande att studera är att de ofta har kemiska modifieringar som, ensam eller i kombination, ändra den roll som histonen spelar för genuttryck.

"Histoner fungerar i huvudsak som dockningsplatser för andra proteiner som påverkar genuttryck, och de kemiska modifieringar vi ser på histoner spelar en roll för att bestämma vilka proteiner som har tillgång till en given gen, "säger Balaji Rao, med-motsvarande författare av tidningen och en professor i kemisk och biomolekylär teknik vid NC State.

Och för att göra saken mer komplicerad, detta är en dynamisk process. En histon kanske inte har några ändringar, det kan behålla en ändring under hela cellens livslängd, eller ändringar kan läggas till och tas bort upprepade gånger. Det finns, kortfattat, det händer mycket. Och enzymer är katalysatorerna som är ansvariga för alla dessa förändringar. I grund och botten, enzymer är mekanismen för att fästa eller ta bort histonmodifieringar.

Så om du verkligen vill förstå vad som händer med histoner, du måste förstå de kemiska modifieringarna. Men om du vill förstå de kemiska modifieringarna, du måste förstå vilka enzymer som finns och vad de gör.

Konventionella metoder för att förstå hur enzymer modifierar en histon innebär att man använder en av två tekniker. Först, du kan använda kemisk syntes för att skapa enzymer och histonproteiner, gör sedan en analys i ett provrör för att se vad som händer. Andra, du kan genetiskt konstruera en bakterie för att producera ett enzym och konstruera andra bakterier för att producera histonproteiner, skörda sedan de relevanta proteinerna, rena dem, gör sedan en analys för att se vad som händer.

"Vår teknik använder en genetiskt modifierad jästcell för att producera både enzymet och histonen, "Säger Waldman." Den kemiska modifieringen sker inom cellen, och den resulterande modifierade histonen skickas till och visas på cellens yta. "

"Med andra ord, jästcellen gör de relevanta proteinerna, gör analysen för dig, och visar sedan resultatet ovanpå, "säger Albert Keung, med-motsvarande författare till verket och en biträdande professor i kemisk och biomolekylär teknik vid NC State.

Den modifierade jästplattformen är betydligt snabbare än konventionella tekniker. Till exempel, att undersöka ett enda enzym/histonparning skulle ta ett par dagar, istället för en vecka.

"Men det är lättare att skala upp än befintliga tekniker, så du skulle spara betydligt mer tid om du tittade på många proteiner, "Säger Keung.

"Dessutom, det finns några proteiner som inte kan tillverkas med kemisk syntes, eller det kan inte renas, "Rao säger." Vår teknik kräver inte kemisk syntes eller rening, vilket innebär att vi kan titta på proteiner som var svåra eller omöjliga att analysera tidigare. "

Forskarna visade användbarheten av tekniken genom att låta konstruerade jästceller producera två typer av histoner och ett välstuderat enzym som kallas p300, som lägger till en specifik acetylgruppsmodifiering till histoner.

"Vi har visat att vår teknik fungerar, "Waldman säger." Nästa steg är att börja utöka de modifieringar vi tittar på och skala upp processen. "

Pappret, "Kartlägga restspecifikiteterna för Epigenome -enzymer efter jästytan, "publiceras i tidningen Cellkemisk biologi .