Ученые разработали новый метод маркировки белков для визуализации в живых клетках

Схема процесса ANGEL. Автор: Nature Chemical Biology (2025). DOI: 10.1038/s41589-025-02019-7

Исследовательская группа под руководством профессора Сюй Пиньюна из Института биофизики Китайской академии наук разработала инновационный подход для визуализации и быстрого скрининга вставок малых пептидов. Новый метод, названный ALFA Nanobody-guided Endogenous Labeling (ANGEL), решает давнюю проблему высокопроизводительного скрининга нефлуоресцентных вставок малых пептидов. Результаты были опубликованы в журнале Nature Chemical Biology 29 августа.

Благодаря своему малому размеру (~15 кДа), высокой стабильности и сильному сродству связывания, нанотела стали мощным инструментом в молекулярной биологии. При слиянии с флуоресцентными белками для образования хромотел нанотела позволяют проводить многокрасочную маркировку живых клеток, сверхразрешающую визуализацию и исследования динамики белков в реальном времени. Однако традиционная разработка хромотел является трудоемкой и длительной.

По словам исследователей, ANGEL основан на ALFA-метке — рационально спроектированном 13-аминокислотном пептиде, который образует стабильную α-спираль. ALFA-метка меньше, чем большинство традиционных линейных эпитопных меток, и демонстрирует отличную химическую стабильность.

Ученые обнаружили, что стабильность NbALFA — высокоаффинного нанотела, специфичного к ALFA-метке, зависит от присутствия этой метки. В отсутствие ALFA NbALFA подвергается частичной деградации. Однако увеличение внутриклеточного уровня ALFA стабилизирует NbALFA и усиливает его флуоресцентный сигнал.

Чтобы использовать это свойство, исследователи создали стабильные клеточные линии, экспрессирующие NbALFA, слитый с флуоресцентным белком, и интегрировали его в геном для обеспечения равномерной экспрессии в отсутствие ALFA-метки.

Используя CRISPR-опосредованный геномный редактинг, они затем точно вставляли ALFA-метку в целевые локусы и отслеживали изменения флуоресценции NbALFA для эффективной идентификации успешно отредактированных клеток.

Техника ANGEL продемонстрировала замечательную универсальность, успешно маркируя широкий спектр эндогенных белков — включая CKAP4, SEC61B, RTN4, виментин, нуклеопорины NUP96 и NUP35, гистон H2BC21, CBX1, ламин A/C, актин и даже ядерный белковый комплекс SON с молекулярной массой 264 кДа.

С помощью многокрасочной маркировки на основе флуоресцентных нанотел ANGEL может визуализировать различные глубины тканей и совместим с несколькими модальностями микроскопии. Что более важно, ANGEL предоставляет платформу в реальном времени, надежную и оптимизированную для изучения биологических функций эндогенных белков в естественных регуляторных условиях, преодолевая ограничения традиционных систем сверхэкспрессии.

Эта работа открывает новые возможности для исследований функций белков, динамической клеточной визуализации и разработки лекарств, устанавливая ANGEL в качестве платформы следующего поколения для прецизионной маркировки белков и функционального анализа.

Больше информации: Zhe Wang et al, ALFA nanobody-guided endogenous labeling, Nature Chemical Biology (2025). DOI: 10.1038/s41589-025-02019-7

Источник: Chinese Academy of Sciences