Аналитическая система на основе оксида графена может стать для химиков недорогим методом для определения взаимодействий белок-белок.

Для разработки новых кандидатов в лекарства на основе пептидов исследователям зачастую необходимо определять, каким образом связанный с заболеванием белок взаимодействует с библиотекой небольших по размеру пептидов.

Руководитель исследования Чун Хуа Лю (Chun-Hua Lu) из Университета Фучжоу отмечает, что самая сложная задача, которую приходится решать в связи с этим – разработка легко измеряемого сигнала, свидетельствующего о взаимодействии белков с пептидами. Обычно для этого применяется спектроскопия флуоресцентного резонансного переноса энергии [fluorescence resonance energy transfer (FRET) spectroscopy], с помощью которой можно определить расстояние между связанными с белками флуоресцирующими белками, однако весьма часто белку перед связыванием приходится изменять свою форму. Для того, чтобы изучать белки, форма которых при связывании с пептидами не изменяется.

Рис. 1. Оксид графена гасит флуоресценцию
пептида, меченого пиреновыми фрагментами
(звездочка с зеленой цепью) когда пиреновый
фрагмент сближается с углеродным слоем
(центральный фрагмент рисунка). Однако, когда
с пептидом связывается белок, пептид отрывается
от слоя оксида графена и флуоресценция
возобновляется (розовая звездочка на правом
фрагменте). (Рисунок из Anal. Chem., 2011,
DOI: 10.1021/ac200617k).

Исследователи привили пирен к одной из концевых групп пептида и измерили его флуоресценцию с помощью спектрометра. Затем меченый пептид смешали с оксидом графена, с которым взаимодействовал пирен. Оксид графена гасит флуоресцентный сигнал пептида, несущего на себе пиреновый фрагмент при параллельном ориентировании пирена и плоской поверхности оксида графена. На закоючительном этапе исследователи добавляли в систему изучаемый белок и, если тот связывался с пептидом, меченый пептид отрывался от поверхности графена и флуоресценция возобновлялась.

Исследователи протестировали свой метод на хорошо известной системе – пептиде, который при связывании с антителом, вырабатывающимся организмом человека является индикатором ВИЧ-инфекции. Было обнаружено, что флуоресценция пирена наблюдается при концентрации пирена, большей, чем 200 пикомоль/л.

Для дальнейшей проверки метода исследователи использовали антитела непосредственно в образцах слюны и сыворотки, содержащих молекулы, способные помешать взаимодействию протеин-пептид. Однако и в присутствии дополнительных химических веществ, способных повлиять на ход анализа, пределы обнаружения составляли 2 наномоль/л для образцов, полученных из слюны и 5 наномоль/л для образцов, полученных из сыворотки, что не хуже чувствительности известных методов.

Для проверки метода с другими парами белок-пептид исследователи успешно обнаружили связывание между набором пептидов и белком – α-бунгаротоксином (α-bungarotoxin), выделяемым из яда змеи.

Кевин Плакско (Kevin Plaxco) из Университета Калифорнии говорит о методе, разработанном в группе Лю, со сдержанным оптимизмом, заявляя, что, хотя исследователи из Фучжоу и продемонстрировали возможности метода на нескольких парах белок-пептид, для доказательства того, что метод может применяться в более широких рамках, требуются дальнейшие исследования.