3D-модель больших мембранных белков поможет в разработке антибиотиков
Способ получения трехмерной структуры больших мембранных белковых комплексов с использованием методов малоуглового рассеяния разработали исследователи МФТИ в содружестве с коллегами из Объединенного института ядерных исследований (Дубна), 15 декабря пишет журнал МФТИ «За науку».
Разработанная методика позволит лучше понимать функцию белковых комплексов, а это, в свою очередь, даст возможность контролировать их работу, что очень важно при разработке новых лекарственных препаратов.
Бактерии и археи (одноклеточные микроорганизмы, не имеющие ядра и мембранных органелл) обладают «органами чувств», которые представляют собой двухкомпонентные сигнальные системы, обеспечивающие ответ их организма на раздражители окружающей среды.
Такой светочувствительной системой является крупномасштабный мембранный белковый комплекс сенсорного родопсина 2 и белка-трансдьюсера. Так, сенсорный родопсин 2 в мембране археи Natronomonas pharaonis активируется синим светом и передает сигнал второму компоненту системы — белку-трансдьюсеру.
Последний, в свою очередь, совместно с еще несколькими белками инициирует бактериальный жгутик, который уводит архею от синего света. В электромагнитном спектре синий свет находится рядом с ультрафиолетовым, имеющим опасный мутагенный эффект, поэтому сенсорный родопсин 2 дает команду на «убегание» археи от синего и соседствующего с ним ультрафиолетового света.
Такая двухкомпонентная система оказалась удобной для отработки на ней методик структурных исследований, которые в последствии могут быть далее применены к различным мембранным белкам, например, белкам-мишеням лекарственных препаратов против болезнетворных микроорганизмов, структуру которых крайне важно знать при создании антибиотиков.
Структурные параметры различных белков обычно изучают с помощью метода малоуглового рассеяния. Этот метод ранее применяли только для водорастворимых белков. При таком методе, однако, получают структуры низкого разрешения, что не подходит для изучения сложных мембранных белков.
Поэтому исследователи решили использовать структуры высокого разрешения для частей большого комплекса и добавить к ним данные, полученные малоугловым рассеянием. Соединив эти части ученые собрали трехмерную модель белка, как мозаику.
Взаимную ориентацию частей комплекса относительно друг друга они установили методом молекулярного моделирования, получив полноразмерную модель белка высокого разрешения.
Вначале полученная структура оказалась абсолютно неправильной. Это случилось потому, что в природе мембранные белки окружены липидами. Однако при исследовании их образцы проходят стадию, в процессе которой мембранную часть белковых комплексов окружают молекулы поверхностно-активных веществ (детергентов).
«Сформированный таким образом детергентный пояс, с одной стороны, стабилизирует белковые комплексы в растворе, не дает им слипнуться друг с другом и выпасть в осадок. Однако, с другой стороны, он же вносит существенный вклад в картину рассеяния», — пояснил сотрудник Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ Юрий Рижиков.
Исследователи учли вклад детергентного пояса. Таким образом, как рассказал руководитель работы, ведущий научный сотрудник Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ Александр Куклин, «модель высокого разрешения большого мембранного белкового комплекса была получена благодаря совместному использованию мощнейших методов структурных исследований: малоугловому рентгеновскому и нейтронному рассеянию. Сочетание этих методов с методами молекулярного моделирования позволило получить совершенно новую модель высокого разрешения для двухкомпонентного сигнального белкового комплекса».
Полученные исследователями данные о структуре типичного для мира микроорганизмов белкового комплекса, но не встречающегося у млекопитающих и человека, помогут в разработке новых антибиотиков. Статья с описанием проведенного исследования была опубликована в журнале Acta Crystallographica sect. D.
