Биофизики из МФТИ исследовали работу лекарств против астмы на молекулярном уровне — Naked Science
10.10.2019
ФизТех

Биофизики из МФТИ исследовали работу лекарств против астмы на молекулярном уровне

Научная группа сотрудников Центра изучения молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ в коллаборации с учеными из США, Канады, Франции и Германии определила пространственную структуру CysLT1 рецептора.

Биофизики из МФТИ исследовали работу лекарств против астмы на молекулярном уровне

Работа опубликована в журнале Science Advances. Рецепторы, сопряженные с G-белком, называемые сокращенно GPCR, от английского G-protein-coupled receptors, — это белковые молекулярные машины, встроенные в мембрану (внешнюю оболочку) клетки. CysLT1 является одним из таких рецепторов. Каждый GPCR специфично ловит сигнал извне и ретранслирует его внутрь клетки. Сигналы могут быть крайне разнообразными: от фотонов света до молекул жира, небольших белков или фрагментов ДНК. Внутри клетки эффект, вызываемый рецептором, также может приводить к различным последствиям: от деления или перемещения клетки до ее гибели.

Ясно, что такое «клеточное общение» — ключевой этап в функционировании нашего организма, и неудивительно, что во всех процессах нашего тела так или иначе задействованы GPCR. Поэтому ученым интересно понять, во-первых, как устроены эти биологические машины, а во-вторых, как можно на них повлиять, ведь около 40% существующих на сегодняшний день лекарств действуют именно на эту группу белков. Для этого на помощь приходит структурная биология.

Структурная биология — сложный синтез разных направлений физики и биологии: генной инженерии, получения белка в искусственных условиях, очистки белка и его кристаллизации. Дальше вступает физика. Ученые просвечивают кристаллы мощным рентгеновским излучением и на выходе получают дифракционную картину. Математическая обработка полученной информации позволяет с точностью до нескольких ангстрем узнать, как расположены атомы в молекуле закристаллизованного белка.

Участки CysLT1 (оранжевый), отвечающие за активацию рецептора, в сравнении с другими GPCR / ©Luginina et al. / Science Advances / Пресс-служба МФТИ
Участки CysLT1 (оранжевый), отвечающие за активацию рецептора, в сравнении с другими GPCR / ©Luginina et al. / Science Advances / Пресс-служба МФТИ

Для этого нужны действительно мощные источники рентгена: синхротроны или более новая для структурных биологов технология — лазеры на свободных электронах. В обоих случаях электроны разгоняются до околосветовых скоростей, а затем в синхротроне движутся по искривленной, близкой к круговой, траектории, а в лазере на свободных электронах — проходят длинный участок противоположно направленных магнитов, ондулятор.

Синхротроны применялись в структурной биологии начиная с 1970-х годов, а лазеры на свободных электронах в белковой кристаллографии — относительно недавно, начиная с 2010-х, и уже подарили научному сообществу несколько сотен структур, благодаря своему сверхмощному излучению и возможности получать дифракционные данные с кристаллов размером около 1 микрометра.

В данной работе сотрудники лаборатории структурной биологии рецепторов, сопряженных с G-белком, МФТИ исследовали рецептор CysLT1. Этот GPCR участвует в воспалительных процессах и играет важную роль в развитии аллергических заболеваний, в том числе астмы, от которой сейчас страдает около 10% населения планеты. Группе биофизиков из Физтеха удалось получить детальную 3D-структуру рецептора с двумя лекарствами, прописываемыми от астмы, аллергического ринита и крапивницы, — зафирлукастом и пранлукастом.

Кристаллы с пранлукастом получились относительно крупными, 0,3 мм в длину, и были исследованы на французском синхротроне ESRF в Гренобле, а кристаллы с зафирлукастом могли дорасти лишь до нескольких микрометров, и были исследованы в Калифорнии, на Стэндфордском лазере на свободных электронах (LCLS). Канадские коллеги помогли исследовать передачу сигнала нашим рецептором.

«Эти структуры, ставшие для нас родными, несомненно уникальны. Механизм работы CysLT1 рецептора вносит свои коррективы в понимание функционирования белков семейства GPCR, а определение области связывания лекарств, зафирлукаста и пранлукаста, послужит подспорьем для дальнейших усовершенствований препаратов от астмы: увеличения их эффективности и снижения побочных эффектов», — прокомментировала Александра Лугинина, один из авторов работы, научный сотрудник лаборатории структурной биологии рецепторов, сопряженных с G-белком, МФТИ.

Свою работу комментируют первые авторы исследования Александра Лугинина и Анастасия Гусач / ©Пресс-служба МФТИ

Рецепторы, сопряженные с G-белком, — крайне трудные объекты для структурных исследований, и лишь нескольким лабораториям мира удалось реализовать проект такого уровня, поэтому группа ученых с Физтеха очень рада, что и российская лаборатория из МФТИ смогла оказаться в их числе.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
10 часов назад
Илья Ведмеденко

Видео демонстрирует концепцию, известную как Rapid Dragon. Крылатые ракеты сбросили из самолетов C-17 и EC-130: предполагается, что это позволит повысить ударную мощь США.

Вчера, 19:40
Василий Парфенов

Следует признать: амбициозные планы Илона Маска по освоению Марса столкнулись с суровой реальностью американской бюрократии раньше, чем предполагалось. Не успела его компания SpaceX начать тестирование системы из ускорителя Super Heavy и космического корабля Starship, как регуляторные органы высказали свое «фи». Первый орбитальный запуск исполинской ракеты никак не получит соответствующих разрешений, но наконец-то появилась надежда на положительный исход экологической оценки. Правда, космодром в Бока-Чика должен принять кое-какие расширенные меры по защите окружающей среды.

Вчера, 13:03
Алиса Гаджиева

Иранские ученые расшифровали тексты с глиняных табличек времен правления Дария I.

10 часов назад
Илья Ведмеденко

Видео демонстрирует концепцию, известную как Rapid Dragon. Крылатые ракеты сбросили из самолетов C-17 и EC-130: предполагается, что это позволит повысить ударную мощь США.

19 сентября
Александр Березин

Сегодня на Землю вернулся экипаж Inspiration 4. Пресса уже единодушно пишет об этом так: большой и яркий успех амбициозной космической компании. Без единого профессионала-астронавта — и взлетели выше МКС! Все это правда. Но правда и другое: сам Илон Маск и все, кто хорошо представляют себе пилотируемые космические полеты, находились в напряжении на протяжении троих суток, пока четверо смелых из Inspiration 4 были в космосе. И можно с уверенностью сказать, что впереди у SpaceX, кажется, еще более рискованные полеты. Попробуем разобраться почему.

Вчера, 19:40
Василий Парфенов

Следует признать: амбициозные планы Илона Маска по освоению Марса столкнулись с суровой реальностью американской бюрократии раньше, чем предполагалось. Не успела его компания SpaceX начать тестирование системы из ускорителя Super Heavy и космического корабля Starship, как регуляторные органы высказали свое «фи». Первый орбитальный запуск исполинской ракеты никак не получит соответствующих разрешений, но наконец-то появилась надежда на положительный исход экологической оценки. Правда, космодром в Бока-Чика должен принять кое-какие расширенные меры по защите окружающей среды.

3 сентября
Алиса Гаджиева

Два бронзовых тарана и свинцовые пули обнаружили на месте битвы при Эгатских островах, состоявшейся почти 23 века назад.

11 сентября
Алиса Гаджиева

Необычное погребение обнаружили во время работ по устройству пруда в гольф-клубе.

15 сентября
Ольга Иванова

Американские исследователи выяснили, что в женских тампонах содержатся летучие органические соединения, которые влияют на присутствие этих веществ в моче. Интересно, что в прокладках их содержание значительно ниже.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: