Mesure à molécule unique de la dynamique d’interaction des protéines dans les condensats biomoléculaires
5 janvier 2024
Il a été démontré que de nombreuses protéines intrinsèquement désordonnées participent à la formation de condensats biomoléculaires hautement dynamiques, un comportement important pour de nombreux processus cellulaires. Nous présentons ici une méthode basée sur l’imagerie à molécule unique pour quantifier la dynamique par laquelle les protéines interagissent les unes avec les autres dans les condensats biomoléculaires des cellules vivantes.
1 Notre laboratoire vise à comprendre les comportementsd’interaction 2 des régions protéiques intrinsèquement désordonnées 3 et comment elles jouent un rôle dans la régulation transcriptionnelle 4 dans les cellules humaines saines et malades. 5 Dans notre laboratoire, nous développons et utilisons de nouvelles 6 techniques de microscopie à molécule unique 7 en combinaison avec la biologie moléculaire, 8 approches biochimiques et protéomiques 9 pour étudier les condensats biomoléculaires. 10 Ce protocole permet la quantification de la dynamique 11 par laquelle un La protéine 12 se lie à un type particulier de condensat 13 dans les cellules humaines vivantes 14 et est largement applicable 15 à la mesure de la dynamique d’interaction de toute protéine 16 qui participe à la séparation de phase liquide-liquide.
Aperçu
Cette étude examine la dynamique des protéines intrinsèquement désordonnées lors de la formation de condensats biomoléculaires, qui jouent un rôle crucial dans les processus cellulaires. En utilisant des techniques d'imagerie avancées à l'échelle de la molécule unique, la recherche quantifie la manière dont les protéines interagissent au sein des condensats dans des cellules humaines vivantes.
Composantes clés de l'étude
Domaine de recherche
- Protéines intrinsèquement désordonnées
- Condensats biomoléculaires
- Imagerie de molécules uniques
Contexte
- Importance des interactions protéiques dans la régulation cellulaire
- Rôle des protéines désordonnées dans la séparation de phase
- Nouvelles méthodes pour l'étude de la dynamique cellulaire
Méthodes utilisées
- Microscopie de molécules uniques
- Expression de protéines marquées par Halo-tag dans des cellules humaines
- Techniques d'imagerie en temps réel sur cellules vivantes
Résultats principaux
- Quantification des interactions protéiques dans les condensats
- Mesure des temps de séjour moyens des protéines
- Distinction des dynamiques de liaison entre différents construits protéiques
Conclusions
- Cette étude élucide la dynamique des interactions des protéines désordonnées dans les condensats cellulaires.
- Les résultats ont des implications pour la compréhension de la régulation transcriptionnelle dans la santé et la maladie.
Questions fréquemment posées
Pertinence professionnelle pour l'industrie
La mesure quantitative de la dynamique des interactions protéiques au sein des condensats biomoléculaires répond à un défi crucial dans la phase initiale de découverte : comprendre les interactions transitoires et multivalentes qui induisent la séparation de phase dans les cellules vivantes. Cette capacité renforce la confiance prédictive dans la validation des cibles et réduit les risques liés aux hypothèses mécanistiques pour les voies pertinentes dans les maladies. L'approche soutient les décisions stratégiques en permettant la comparaison directe des comportements de liaison protéique dans différentes configurations moléculaires.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmaceutique
Découverte précoce et validation de cibles
- Permet la quantification directe des temps de séjour des protéines au sein des condensats, clarifiant l'engagement fonctionnel des cibles.
- Facilite la réduction des risques mécanistiques en distinguant la dynamique de liaison de variants protéiques ou de constructions de fusion.
- Permet une interrogation guidée par des hypothèses des régions désordonnées intrinsèquement des protéines dans des systèmes pertinents pour la maladie.
Développement de criblages et de tests
- Propose des protocoles validés d'imagerie en cellules vivantes pour le criblage en aval de modulateurs affectant la dynamique des condensats.
- Fournit des résultats quantitatifs reproductibles (temps de séjour moyen) pour la standardisation et l'étalonnage des tests.
- Permet une comparaison rigoureuse des perturbations induites par des composés ou des modifications génétiques sur les interactions entre protéines et condensats.
Recherche translationnelle et préclinique
- S'aligne sur des modèles pertinents pour la maladie en mesurant la dynamique des protéines dans des cellules humaines vivantes.
- Facilite le développement de biomarqueurs translationnels en reliant la cinétique des interactions moléculaires aux résultats fonctionnels.
- Améliore la progression ajustée au risque en fournissant des données mécanistiques sur le comportement des protéines dans des contextes physiologiquement pertinents.
Intégration des pipelines et des flux de travail
Cette méthode d'imagerie de molécules uniques s'intègre à la chaîne de découverte, depuis la validation précoce de cibles jusqu'à la recherche préclinique, en offrant une plateforme réutilisable pour les études mécanistiques et le criblage.
- Biologie de la découverte : Quantifie les durées de résidence des liaisons afin de tester des hypothèses concernant la fonction des protéines dans la formation des condensats.
- Criblage : Fournit des lectures normalisées et quantitatives pour évaluer les perturbations des interactions entre protéines et condensats.
- Analyse : Génère des mesures basées sur des trajectoires et des sorties statistiques permettant des comparaisons robustes entre conditions.
- Recherche translationnelle : Établit un lien entre la dynamique des interactions moléculaires et des modèles cellulaires pertinents pour les maladies.
- Réutilisation en entreprise : Propose un flux de travail largement applicable à diverses protéines participant à la séparation de phase liquide-liquide (LLPS).
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive dans la validation des cibles et réduit l'ambiguïté mécanistique en phase précoce de découverte.
- Valeur opérationnelle : Standardise l'imagerie et l'analyse de cellules vivantes pour une génération de données reproductibles et évolutives.
- Valeur stratégique : Éclaire les décisions d'avancement ou d'abandon et améliore l'efficacité du capital en clarifiant l'engagement de la cible.
- Impact sur le portefeuille : Permet une priorisation ajustée au risque fondée sur des données quantitatives et mécanistiques.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en imagerie de molécules uniques dans des cellules vivantes et en analyse de trajectoires.
- Exige une infrastructure de microscopie avancée et des outils informatiques pour le traitement des données.
- Implique une standardisation inter-équipes des paramètres d'imagerie et d'analyse.
- Adaptable à diverses cibles protéiques et modèles cellulaires moyennant des stratégies d'étiquetage appropriées.
- La correction du photoblanchiment et le filtrage des trajectoires sont essentiels pour une mesure précise du temps de séjour.
F.A.Q. sur la bio-industrie pharmaceutique
Chapters in this video
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Introduction
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Halo‐Ligand Staining of Cells for Protein Condensate‐Interaction Studies Using Single‐Molecule Imaging
1:31
Single‐Molecule Imaging of Halo‐Tagged Proteins to Study Protein‐Condensate Interactions
3:25
Analysis of Single‐Molecule Imaging Data to Study Interactions of Halo‐Tagged Proteins
