05.12.2022
Наш канал в Telegram: https://t.me/berzaru

Создан ДНК-наноробот, который поможет изучать процессы в клетках

A modular spring-loaded actuator

Французские учёные сконструировали нанороботов из ДНК, которые способны находить на поверхности клеток специфичные белки и приводить их в действие, запуская биохимические процессы внутри клеток. Такие устройства являются удобным зондом для изучения важных биохимических сигналов. Результаты научной работы опубликованы в журнале Nature Communications.

Исследователи сконструировали нанолебёдку, используя метод ДНК-оригами. Устройство может оказывать механическое воздействие на белки, включённые в мембраны клеток. Принцип работы нанолебёдки основан на призматическом соединении, когда два тела (поршень и цилиндр) скользят вдоль общей оси, не вращаясь. «Стержень» соединяется со специфическим рецептором на мембране, а затем отталкивается от мембраны с помощью молекулярных пружин, создавая на рецепторе механическое напряжение.

Такое устройство полезно для исследований работы молекулярных механосенсоров — специфических рецепторов, которые чувствительны к механическим воздействиям и посылают сигналы внутри клеток, регулируя ключевые биологические процессы. До сих пор функции механорецепторов изучались с помощью атомно-силовой микроскопии, а также магнитных и оптических пинцетов, однако эти методы трудоёмки, ограничены низкой пропускной способностью и молекулярной специфичностью.

Нанолебёдка состоит из трёх фрагментов: центрального поршня-цилиндра и двух посадочных опор. Поршень сформирован шестью спиралями ЛНК длиной 60 нанометров, а между ним и цилиндром остаётся зазор два нанометра для свободного скольжения. На вершине поршня находится стопор обратного хода, который соединён с цилиндром шестью одноцепочечными нитями ДНК, действующими как пружины. Ещё шесть цепочек соединяют нижнюю часть цилиндра с нижним кончиком поршня. Посадочные опоры удерживают устройство на поверхности мембраны.

Исследователи испытали устройство в автономном режиме работы на интегриновых рецепторах у клеток рака молочной железы человека MCF-7. Когда интегрины связываются с сигнальной молекулой (лигандом), они вытягиваются на 19 нанометров, запуская различные биохимические реакции внутри клеток. В эксперименте нанолебёдки, вооружённые распознающими рецепторы молекулами, обнаруживали неактивные интегрины, связывались с ними и оттягивали до активного состояния. При этом внутри клеток запускались реакции, которые учёные отслеживали визуально с помощью антител с флуоресцентными метками. Всего на одной раковой клетке было обнаружено более девяти тысяч нанороботов.

В контролируемом режиме работы нанолебёдки учёные добавляли олигонуклеотиды — короткие цепочки нуклеотидов — которые соединялись с ДНК-пружинами, изменяя их жёсткость. Это позволило регулировать высоту подъёма поршня на 10, 20 и 33 нанометра. В целом, контролируемая сила воздействия нанороботов на поверхностные белки клеток достигала порядка одной триллионной ньютона. Такая точность позволяет учёным определять, какая именно сила воздействия на механорецепторы необходима для того, чтобы активировать ключевые сигнальные пути во многих биологических и патологических процессах.