7 октября
ФизТех

Ученые узнали больше о беспорядочных связях липидов и белков

4.5

Исследователи из МФТИ в составе международного консорциума исследовали поведение составляющих мембраны клеток фосфолипидов. Липидам доступно большое количество разных структур, благодаря чему каждый из них может связываться с широким набором белков. Однако время, которое проводит связывающая белок часть в каждом из состояний, зависит от ее вида. Эти результаты важны для понимания жизнедеятельности клеток.

Ученые узнали больше о беспорядочных связях липидов и белков / ©Getty images

Работа опубликована в ведущем журнале Американского химического сообщества, Journal of the American Chemical Society. Мембраны клеток в основном состоят из фосфолипидов. Понимание взаимодействий липидов с другими биомолекулами важно в том числе для прикладных биотехнологий, например применения липидных оболочек для доставки мРНК в нужную клетку. В частности, современные мРНК-вакцины от коронавируса представляют собой липидные наночастицы с мРНК внутри.

Взаимодействия клеточных мембран или липидов с белками, активными молекулами лекарств или РНК регулируются в основном гидрофильными головными группами липидов. При этом в составе мембран насчитываются тысячи разных липидов, конформации (относительное расположение атомов) которых до конца не изучены. Также не хватает данных о взаимодействиях липидов с разными белками. В частности, непонятно, в каких конформациях липиды связываются с белками.

Поскольку головы липидов крайне подвижны, наиболее точные данные об их конформации возможно получить при помощи метода ядерно-магнитного резонанса (ЯМР), который показывает расстояния между разными парами атомов в составе молекулы. При этом информации ЯМР недостаточно, и поэтому часто также используется компьютерное моделирование.

Для поиска наиболее точных параметров молекулярного моделирования липидов был создан открытый международный консорциум NMRlipids, в котором участвуют и ученые из МФТИ. В рамках консорциума ученые вместе проводят моделирование липидов с использованием разных параметров, а потом сравнивают результаты между собой и с результатами экспериментов. Ранее консорциум уже публиковал статьи по отдельным липидам, но разные липиды не сравнивали между собой и не изучали взаимодействие с белками.

«Проект NMRlipids — интересный пример открытой науки, где все результаты в любой момент видны любому желающему, а участие никак не ограничено. В случае успеха мы найдем наилучшие параметры для моделирования липидов, что позволит гораздо лучше изучать клеточные и искусственные мембраны», — рассказывает Иван Гущин, заведующий лабораторией структурного анализа и инжиниринга мембранных систем Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ.

В новой работе авторы исследовали, какие структуры и на какую долю времени принимают разные распространенные в природе липиды (фосфатидилхолин и другие). Исследуемые липиды формировали разные мембраны — заряженные и незаряженные — и взаимодействовали с мембранными белками. Проведенное моделирование, основанное на прямом вычислении координат атомов в каждый момент времени, показало, что ни один из подходов не воспроизводит пространство состояний липидов точно (на рисунке 1 — результаты моделирования).

Рисунок 1. Разные конформации липидов и доля времени, которую они проводят в них / ©Journal of the American Chemical Society

Однако параметры из Гарварда давали наиболее приближенные к реальным результаты. Из экспериментальных данных известно, что каждый из видов липидов может в разных состояниях связываться с широким набором белков. Однако стало известно, разные липиды имеют разные предпочтительные конформации, в которых их можно чаще наблюдать. Благодаря этому некоторые липиды могут легче связываться с конкретными белками. «Открытая наука, к которой, безусловно, относится проект NMRLipids, позволяет ученым с разным бэкграундом и набором навыков объединиться и всесторонне изучить определенную проблему.

В рамках NMRlipids создается универсальный набор программ, с помощью которого можно анализировать траектории липидов в молекулярной динамике и сравнивать их с различными экспериментальными данными. Этот функционал существенно ускорит разработку новых силовых полей для компьютерного моделирования мембран, что, в свою очередь, позитивно повлияет на точность компьютерных моделей, описывающих, например, перенос лекарств через клеточные мембраны», — дополняет Павел Буслаев, второй соавтор из МФТИ. Помимо сотрудников МФТИ, в исследовании принимали участие ученые из России, Франции, Испании, Великобритании, Мексики, Германии, Чехии, Финляндии, США, Голландии и Португалии.

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.
18 октября
Елена Синицкая

На днях израильский ныряльщик обнаружил на дне Средиземного моря у Хоф-ха-Кармель древние предметы, среди которых оказался меч удивительной сохранности. По мнению специалистов Израильского управления древностей, железный меч с клинком около одного метра и 30-сантиметровой рукоятью принадлежал крестоносцу и датируется XII веком.

Позавчера, 11:56
Илья Ведмеденко

В КНР испытали монолитный твердотопливный ракетный двигатель, имеющий самую большую тягу в мире. Разработка изделия важна для создания ракет тяжелого класса.

10 часов назад
Илья Ведмеденко

Российское МВД вооружилось новейшим компактным пистолетом Лебедева. Он должен заменить морально устаревший ПМ, разработанный конструктором Николаем Макаровым еще в 1948 году.

18 октября
Елена Синицкая

На днях израильский ныряльщик обнаружил на дне Средиземного моря у Хоф-ха-Кармель древние предметы, среди которых оказался меч удивительной сохранности. По мнению специалистов Израильского управления древностей, железный меч с клинком около одного метра и 30-сантиметровой рукоятью принадлежал крестоносцу и датируется XII веком.

15 октября
Илья Ведмеденко

Компания General Dynamics Land Systems представила макет наземного робота TRX, который выступит носителем беспилотников-камикадзе. Помимо них, он получил квадрокоптер.

Позавчера, 11:56
Илья Ведмеденко

В КНР испытали монолитный твердотопливный ракетный двигатель, имеющий самую большую тягу в мире. Разработка изделия важна для создания ракет тяжелого класса.

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

12 октября
Алиса Гаджиева

Две тысячи лет назад многие сооружения строили лучше, чем сегодня.

27 сентября
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

[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
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: