andresol (andresol) wrote,
andresol
andresol

Category:

Статья с нобелевским лауреатом

Захотелось мне написать нормальный, не художественный, пост о химической статье. Открыл я последний выпуск журнала ACS Central Science, в котором исследовательских статей всего 11 штук – легко выбрать, и все в открытом доступе.

Поначалу мне приглянулось получение комплекса нитрида фосфора (P≡N), но потом я решил применить объективный критерий и написать о самой просматриваемой статье в номере. У нитрида фосфора всего 2300 просмотров, а у статьи «Сайт-специфическая биоконъюгация через ферментативное образование связи тирозин–цистеин» – больше 4300. Пригляделся я к списку авторов и понял, откуда такой интерес.


Из 12 авторов у троих после имени стоит звездочка, отмечающая, что это начальство, которому следует адресовать письма по поводу статьи (иногда раздача звезд, как и порядок авторов, может стать предметом ожесточенных споров). Кто такой Кристоф Феллманн, я не знаю, а вот Мэттью Фрэнсиса и Дженнифер Даудну с химического факультета Беркли я лично видел на семинарах, когда там работал (в русской Википедии ее называют Дудной, но она сама в роликах на ютубе говорит «Даудна»).

Дженнифер Даудна уже была научной суперзвездой неделю назад, когда я выбирал статью для чтения. Стоило ей сослаться на новую публикацию своей группы в твиттере, как подписчики пошли читать и ретвитить. А потом в среду 7 октября ей совместно с Эмманюэль Шарпантье присудили Нобелевскую премию по химии за редактирование генома с помощью белка Cas9. Популяция подписчиков у Даудны в твиттере за неделю выросла с 18 до 26 тысяч.


Cas9 – бактериальный белок, который можно направить, чтобы он разрезал молекулу ДНК в определенном месте. Но для начала он должен попасть внутрь клетки, например, мышиной. Рассматриваемая нами статья показывает, как можно в 20 раз увеличить эффективность доставки Cas9 внутрь клетки, если пришить к нему транспортные пептиды.


По правде говоря, главный в этой статье Фрэнсис, а не Даудна. Его группа много лет изучает селективные модификации аминокислотных остатков и образование связей между белками. И первый автор – его аспирант, и ссылок на статьи Фрэнсиса 12, а на статьи Даудны только две. Но его имя вряд ли привлекло бы такое внимание.


Группа Фрэнсиса разработала способ соединить белки через остатки тирозин–цистеин. А роль Даудны – дать пример белков, которые можно соединить так, чтобы от связи между ними был практический и рекламный смысл.

По мере развития науки белки из туманных кружков с загадочной структурой превратились в просто большие химические молекулы, которые могут вступать в точно такие же химические реакции, что и соответствующие маленькие молекулы. Поэтому и Нобеля за работу с белками или нуклеиновыми кислотами теперь справедливо дают по химии, а не по физиологии и медицине.

Чтобы соединить два белка, Фрэнсис использовал третий белок – фермент тирозиназу, в активный центр которого входят атомы меди. Сколько природа ни эволюционировала, но так и не придумала, как проводить окислительно-восстановительные реакции, не прибегая к переходным металлам. (Кстати, мой проект в Беркли был по металлопротеинам, но читать о них мне нравится больше, чем самому работать с клетками). Картинка активного центра тирозиназы взята из этой статьи:


В природе тирозиназа катализирует окисление свободной аминокислоты тирозина и похожих фенолов. Эта реакция играет важную роль в синтезе пигмента меланина, который делает кожу темной, и если тирозиназа работает плохо, получаются животные-альбиносы:


В то же время тирозиназа ответственна за потемнение при хранении многих фруктов (от бананов до яблок) и грибов, поэтому важная задача пищевых химиков – ее ингибировать. В своей работе Мэттью Фрэнсис использовал коммерческую тирозиназу из шампиньонов Agaricus bisporus:


Он заметил, что этот фермент может окислять не только свободную аминокислоту, но и боковые цепи тирозинов, входящих в состав белков, если они расположены возле N- или C-конца белковой молекулы. Окислителем служит кислород из растворенного в буферной среде воздуха, и тирозин окисляется до L-допахинона. Этот орто-бензохинон является сильным электрофилом и вступает в быструю реакцию с такими нуклеофилами, как -SH группы цистеина:



Вот таким образом к двум цистеинам на поверхности белка Cas9 пришили пептиды, у которых был тирозин на N-конце и которые помогают Cas9 попасть внутрь клетки. Конъюгация занимает не более 2 часов, а полученное соединение стабильно в сыворотке крови человека в течение 7 дней. Отдельно проверили, что способность Cas9 разрезать ДНК-мишень после добавления пептидов остается неизменной.

В этом журнале помимо исследовательских статей публикуются заметки под названием First Reactions («первые реакции»). Они чем-то похожи на этот мой пост: краткий пересказ чужих результатов и субъективные мысли на заданную тему. В заметке об этой статье двое ученых из английского Кембриджа предположили, что раз у Cas9 есть два доступных цистеина, на один из них можно повесть транспортный пептид, а на другой, например, флуоресцентную метку. Но Фрэнсис с Даудной таких тройных химер не делали.



По ходу чтения я не мог отделаться от мысли, что описываемая реакция слишком уж очевидная, чтобы ее никто не открыл раньше. Так и оказалось: в одной из ссылок Фрэнсис указывает, что использование тирозиназы для превращения остатков тирозина в хиноны и последующие реакции с нуклеофилами или диенофилами были описаны еще в 1984 году. Надо глубоко разбираться в теме, чтобы понять, что принципиально нового предлагает Фрэнсис.

Зоопарк биоконъюгаций напоминает мне ситуацию с сочетаниями маленьких молекул: тысячи статей, каких только катализаторов не предложено. Кажется, можно сшить что угодно с чем угодно, а как потребуется на практике соединять реальные объекты, ничто не работает. Нужно продолжать разрабатывать методы, более универсальные, надежные и простые.

И у меня сложилось впечатление, что реально инновационные открытия люди продолжают публиковать в старом добром JACS, а в ACS Central Science посылают специфические штуки. Вот и к Cas9 Даудна такие пептиды уже присоединяла раньше, но другим способом. Что, правда, не помешало Беркли подать заявку на патент по итогам этой статьи.

У Даудны помимо грантов и титулов перечислены потенциальные финансовые конфликты из-за многочисленных компаний, которые она соосновала. Предсказывали, что Нобеля за CRISPR-Cas9 не дадут, пока суды не уладят все патентные споры вокруг редактирования генома. Но вот дали же.
Tags: acs, chemistry, nobel
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 49 comments