I ricercatori hanno sviluppato una piattaforma più efficiente per studiare le proteine ​​che svolgono un ruolo chiave nella regolazione dell'espressione genica. L'approccio utilizza cellule di lievito ingegnerizzate per produrre proteine ​​enzimatiche e istoniche, condurre analisi biochimiche internamente, e poi visualizzare i risultati.

"I ricercatori biomedici e biotecnologici sono interessati ai meccanismi che consentono agli istoni di regolare l'attività genica, "dice Alison Waldman, primo autore di un articolo sull'opera e di un dottorato di ricerca. studente alla North Carolina State University. "Ma gli strumenti convenzionali per la ricerca sugli istoni sono ingombranti e lenti. Volevamo sviluppare qualcosa di più veloce e meno costoso, e lo abbiamo fatto".

Negli organismi complessi, i cromosomi sono in gran parte costituiti da DNA e da un gruppo di proteine ​​chiamate istoni. Questi istoni sono importanti per comprimere correttamente il DNA nei cromosomi, ma svolgono anche un ruolo nella regolazione dell'espressione genica. In altre parole, aiutano a determinare quando e come geni specifici vengono attivati ​​o disattivati.

Una delle caratteristiche che rende gli istoni difficili da studiare è che spesso hanno modificazioni chimiche che, da solo o in combinazione, alterare il ruolo svolto dall'istone nell'espressione genica.

"Gli istoni servono essenzialmente come siti di attracco per altre proteine ​​che influenzano l'espressione genica, e le modificazioni chimiche che vediamo sugli istoni giocano un ruolo nel determinare quali proteine ​​hanno accesso a un dato gene, "dice Balaji Rao, co-autore corrispondente dell'articolo e professore di ingegneria chimica e biomolecolare presso la NC State.

E per rendere le cose più complicate, questo è un processo dinamico. Un istone può non avere modifiche, può mantenere una modifica per l'intera vita della cellula, o modifiche possono essere aggiunte e rimosse ripetutamente. C'è, in breve, molto in corso. E gli enzimi sono i catalizzatori responsabili di tutti questi cambiamenti. Fondamentalmente, gli enzimi sono il meccanismo per attaccare o rimuovere le modificazioni dell'istone.

Quindi, se vuoi davvero capire cosa sta succedendo con gli istoni, devi capire le modifiche chimiche. Ma se vuoi capire le modificazioni chimiche, devi capire quali enzimi sono presenti e cosa stanno facendo.

I metodi convenzionali per comprendere come gli enzimi modificano un istone implicano l'uso di una delle due tecniche. Primo, potresti usare la sintesi chimica per creare enzimi e proteine ​​istoniche, quindi condurre un'analisi in una provetta per vedere cosa succede. Secondo, potresti ingegnerizzare geneticamente un batterio per produrre un enzima e ingegnerizzare altri batteri per produrre proteine ​​istoniche, quindi raccogliere le proteine ​​pertinenti, purificarli, quindi eseguire un test per vedere cosa succede.

"La nostra tecnica utilizza una cellula di lievito geneticamente modificata per produrre sia l'enzima che l'istone, " dice Waldman. "La modificazione chimica avviene all'interno della cellula, e l'istone modificato risultante viene inviato e visualizzato sulla superficie della cellula."

"In altre parole, la cellula di lievito produce le proteine ​​rilevanti, fa il saggio per te, e quindi visualizza il risultato in alto, "dice Albert Keung, co-autore corrispondente del lavoro e un assistente professore di ingegneria chimica e biomolecolare presso NC State.

La piattaforma di lievito modificata è significativamente più veloce delle tecniche convenzionali. Per esempio, l'esame di un singolo abbinamento enzima/istone richiederebbe un paio di giorni, invece di una settimana.

"Ma è più facile scalare rispetto alle tecniche esistenti, quindi risparmieresti sostanzialmente più tempo se guardassi molte proteine, " dice Keung.

"Inoltre, ci sono alcune proteine ​​che non possono essere prodotte usando la sintesi chimica, o che non può essere purificato, " dice Rao. "La nostra tecnica non richiede sintesi chimica o purificazione, il che significa che possiamo esaminare proteine ​​che erano difficili o impossibili da dosare in passato".

I ricercatori hanno dimostrato l'utilità della tecnica facendo in modo che le cellule di lievito ingegnerizzate producono due tipi di istoni e un enzima ben studiato chiamato p300, che aggiunge una specifica modifica del gruppo acetile agli istoni.

"Abbiamo dimostrato che la nostra tecnica funziona, " Afferma Waldman. "Il passo successivo è iniziare ad espandere le modifiche che stiamo esaminando e ad aumentare il processo".

La carta, "Mappatura delle specificità dei residui degli enzimi dell'epigenoma mediante la visualizzazione della superficie del lievito, " è pubblicato sulla rivista Biologia chimica cellulare .