ДНК-нанопружина измерила силу клеточного мотора для улучшения диагностики болезней

Японские исследователи из Токийского университета и Национального института информационных и коммуникационных технологий разработали ДНК-нанопружину, способную измерять силу белкового мотора KIF1A в нервных клетках. Эта технология может улучшить диагностику неврологических заболеваний, связанных с мутациями этого белка.

Белок KIF1A отвечает за транспорт материалов в нервных клетках. Его мутации вызывают KIF1A-ассоциированное неврологическое расстройство (KAND), которое проявляется в трудностях при ходьбе, интеллектуальных нарушениях и деградации нервов. Известно, что мутации ослабляют двигательную функцию белка, но до сих пор это было сложно измерить.

Инертный белок KIF5B служит якорем, с которого KIF1A тянет нанопружину. Как и в обычных пружинах, длина растяжения коррелирует с прилагаемой силой. В данном случае ДНК-нанопружина также помечена флуоресцентными молекулами, которые показывают степень растяжения, делая возможной визуализацию силы движения KIF1A. 2025 Hayashi et al. CC-BY-ND

Профессор Кумико Хаяси объяснила: «Здоровый KIF1A генерирует силу 3,8 пиконьютона, в то время как некоторые мутантные версии — менее 1 пиконьютона. Эти силы очень сложно обнаружить. Даже сильная копия KIF1A при 3,8 пиконьютонах создает лишь триллионную часть силы, необходимой для поднятия яблока».

Нанопружина длиной в несколько нанометров создается методом ДНК-оригами, когда длинная нить ДНК складывается с помощью более коротких нитей. Прикрепленная к неподвижной поверхности и белку KIF1A, она растягивается в зависимости от приложенной силы, а флуоресцентное свечение позволяет точно измерить степень растяжения под микроскопом.

Хотя сама нанопружина не является лечением, она значительно улучшает диагностику KAND. Исследователи сейчас разрабатывают методы высокопроизводительного анализа данных, поскольку известно более 100 мутаций KIF1A, и планируют создать базу данных измерений их силы.

«Поскольку биофизические свойства моторного белка важны для прогнозирования тяжести заболевания, мы намерены улучшить прогнозы тяжести KAND, включив эти данные в ИИ-модели работы белков», — сказала Хаяси.

Дополнительная информация: Stall force measurement of the kinesin-3 motor KIF1A using a programmable DNA origami nanospring, eLife (2025). DOI: 10.7554/eLife.108477.1