Наблюдать за молекулярным «танцем» белков помогут новые сольватохромные красители
Сольватохромные соединения — эффективные зонды для биологических исследований благодаря своей способности «чувствовать» изменения в молекулярном окружении. Ученые МФТИ впервые показали возможность отслеживания структурных изменений в белках с помощью новых сольватохромных красителей. Визуализировать «танец» белков — проследить за конформационными перестройками макромолекул под действием меняющегося молекулярного окружения — специалистам удалось на примере рековерина и аденозинового рецептора A2A (A2AAR). Полученные данные могут стать платформой для создания эффективного инструмента по изучению поведения различных белков и рецепторов.
Работа опубликована в журнале iScience. «Сольватохромные красители — это соединения, которые способны менять свои спектральные свойства — поглощение и флуоресценцию — в зависимости от окружения. Этот эффект возникает из-за взаимодействия молекул хромофора с молекулами растворителя, что приводит к изменению энергии электронных переходов в молекуле красителя», — поясняет младший научный сотрудник лаборатории структуры и динамики биомолекул МФТИ Анатолий Белоусов.
Ученые предположили, что присоединение такого рода хромофорных молекул к белкам сделает возможным отслеживание конформационных изменений при связывании лигандов благодаря сольватохромным свойствам флуорофора. Такие изменения достаточно легко отследить с помощью спектральных методов, поэтому предложенный подход может служить удобным инструментом для изучения поведения белков.
В ходе экспериментов ученые получили несколько красителей, являющихся аналогами хромофора зеленого флуоресцентного белка (GFP). После проверки наличия сольватохромных свойств у всех красителей в средах с различной полярностью авторы присоединили флуорофоры к бычьему рековерину, принадлежащему к семейству нейрональных кальций-сенсорных (NCS) белков.
Он играет ключевую роль в процессах регуляции фоторецепции в сетчатке глаза. Этот белок удобен для спектроскопических исследований, так как обладает всего одним цистеином, по которому происходит покраска белка, и при активации происходят значительные структурные перестройки, что должно сказаться на локальном окружении флуорофоров. В результате половина красителей показала изменения флуоресценции, вызванные конформационными изменениями рековерина при связывании молекул кальция.
Далее ученые оценили возможность использования отобранных флуорофоров для отслеживания структурных изменений в рецепторах, связанных с G-белком (GPCRs), на примере A2AAR. Наиболее подходящим оказался краситель DyeC, который продемонстрировал изменения как в интенсивности, так и в форме спектров эмиссии флуоресценции при связывании A2AAR с лигандами различных типов.
«Похожие эффекты наблюдались ранее у других распространенных красителей, чувствительных к локальному окружению, однако амплитуда изменений у красителя DyeC существенно выше. С помощью методов молекулярного моделирования нам удалось объяснить причины такого уникального поведения в случае наших хромофоров. Самое важное отличие заключается в том, что DyeC способен “чувствовать” аллостерические лиганды, влияние которых на белок раньше не детектировалось сольватохромными метками», — пояснил заведующий лабораторией структуры и динамики биомолекул МФТИ Валентин Борщевский. Ученый отметил, что увеличение интенсивности эмиссии флуоресценции при активации A2AAR cвязано с появлением более доступного гидрофобного окружения для DyeC, куда краситель заходит и, таким образом, тратит больше энергии на излучение, а не на вращение в растворителе.
Таким образом, исследование продемонстрировало, что сольватохромные красители эффективны для выявления структурных изменений в рецепторах, связанных с G-белком (GPCRs), которые регулируют многочисленные физиологические процессы (зрение, воспаление, передачу нервного импульса) и являются одной из самых популярных молекулярных мишеней для лекарств. Полученные результаты открывают новые возможности для изучения структуры и динамики GPCRs, которые будут способствовать улучшению понимания работы этих важнейших белков и созданию на этой основе новых терапевтических средств. Работа выполнена в рамках гранта РНФ.
(опубликовано при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий» № 075-15-2024-571)
Telegram 
Дзен 
VK Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Одной из главных анатомических особенностей эволюции рода Homo считается резкое увеличение объема черепной коробки за последние примерно два миллиона лет. За это время она в среднем увеличилась в три раза. Однако авторы нового исследования поставили под сомнение традиционную гипотезу, согласно которой этот процесс был результатом естественного отбора. По их мнению, он мог оказаться случайностью.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
В 2025 году детекторы гравитационных волн уловили потенциальное слияние черных дыр крайне малой массы. Ученые из Университета Майами считают, что участники того события могут открыть новое направление в исследовании темной материи.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно