تیمی از دانشمندان به سرپرستی محققان دانشگاه آکسفورد در تشخیص واریانت‌ها در ساختارهای پروتئینی به پیشرفت قابل توجهی دست یافته‌اند. نتایج این روش در نشریه Nature Nanotechnology منتشر شده است. آنها از فناوری نانوحفره نوآورانه برای شناسایی تغییرات ساختاری در سطح تک مولکول، حتی در اعماق زنجیره‌های پروتئین طولانی استفاده کردند.
کوچکترین تغییر در ساختار پروتئین با فناوری توالی‌یاب جدید قابل شناسایی است
سلول‌های انسانی حاوی حدود ۲۰،۰۰۰ ژن رمزگذار پروتئین هستند. با این حال، تعداد واقعی پروتئین‌های مشاهده شده در سلول‌ها به مراتب بیشتر است و بیش از ۱،۰۰۰،۰۰۰ ساختار مختلف شناخته شده است. این پروتئین‌ها از طریق فرآیندی معروف به اصلاح پس از ترجمه (PTM) تولید می‌شوند، که پس از رونویسی پروتئین از DNA رخ می‌دهد.
PTM تغییرات ساختاری مانند افزودن گروه‌های شیمیایی یا زنجیره های کربوهیدرات را به اسیدهای آمینه منفرد که پروتئین‌ها را تشکیل می‌دهند، مدیریت می‌کند. این فرآیند منجر به صدها تغییر احتمالی برای زنجیره پروتئین یکسان می‌شود.
این واریانت‌ها با فعال کردن تنظیم دقیق فرآیندهای بیولوژیکی پیچیده در سلول‌های منفرد نقش محوری در زیست شناسی دارند. نقشه برداری از این تغییرات، اطلاعات ارزشمندی را ارائه می‌کند که می‌تواند درک ما از عملکردهای سلولی متحول کند. اما تا به امروز تشخیص این واریانت‌ها در پروتئین‌ها با دشواری‌هایی همراه بوده است.
برای غلبه بر این چالش، محققان گروه شیمی دانشگاه آکسفورد با موفقیت روشی را برای تجزیه و تحلیل پروتئین بر اساس فناوری توالی‌یاب نانوحفره‌ای DNA/RNA تهیه کرده است. در این روش، یک جریان حاوی یون، پروتئین‌های سه‌بعدی را به صورت زنجیرهای خطی از نانوحفره عبور می‌دهند. دهانه این نانوحفره به گونه‌ای تنظیم شده که فقط یک مولکول اسید آمینه منفرد از آن عبور کند.
تغییرات ساختاری موجود در پروتئین با اندازه‌گیری تغییرات در جریان الکتریکی اعمال شده در نانوحفره مشخص می‌شود. مولکول‌های مختلف باعث ایجاد اختلال خاص خود در جریان می‌شوند و امضای منحصر به فردی در جریان عبوری از نانوحفره ایجاد می‌کنند.
این تیم با موفقیت اثربخشی این روش را در تشخیص سه اصلاح مختلف PTM (فسفوریلاسیون ، گلوتاتیونیلاسیون و گلیکوزیلاسیون) در سطح تک مولکولی برای زنجیره‌های پروتئینی با بیش از ۱۲۰۰ عضو نشان داد. این روش نیازی به استفاده از برچسب، آنزیم یا معرف‌های اضافی ندارد.
به گفته محققان، این روش جدید مشخصه‌یابی پروتئینی می‌تواند به راحتی در دستگاه‌های توالی‌یاب نانوحفره قابل حمل موجود ادغام شود تا محققان بتوانند به سرعت موجودی پروتئین سلول‌ها و بافت های منفرد را مشخص کند. این فناوری می‌تواند تشخیص پزشکی را تسهیل کند و امکان تشخیص شخصی انواع پروتئین خاص مرتبط با بیماری‌ها از جمله سرطان و اختلالات عصبی را فراهم آورد.
