15.12.2021
ФизТех
893

В МФТИ научились собирать структуры больших мембранных белков, как мозаику

4.7

Исследователи из МФТИ совместно с коллегами из Объединенного института ядерных исследований города Дубны разработали способ получения трехмерной структуры для больших мембранных белковых комплексов методами малоуглового рассеяния. Это позволит лучше понимать их функцию, а значит, контролировать их работу, что является крайне важным при разработке новых лекарственных препаратов. Полученные исследователями данные о структуре белкового комплекса, типичного для мира бактерий, но не встречающегося у млекопитающих и человека, могут помочь в разработке новых антибиотиков.

Ученые из МФТИ научились собирать структуры больших мембранных белков по частям, как мозаику / ©Пресс-служба МФТИ

Работа опубликована в высокорейтинговом журнале Acta Crystallographica sect. D. «Органы чувств» бактерий и архей – это двухкомпонентные сигнальные системы. Они обеспечивают ответ на раздражители окружающей среды. Примером двухкомпонентной системы, предназначенной для восприятия археями света, является мембранный белковый комплекс сенсорного родопсина 2 и белка-трансдьюсера. Сенсорный родопсин 2 присутствует в мембране археи Natronomonas pharaonis, он активируется в ответ на синий свет и передает сигнал своему партнеру — белку трансдьюсеру.

Трансдьюсер, в свою очередь, с участием еще нескольких белков запускает работу бактериального жгутика, который уводит архею от синего света. Синий свет в электромагнитном спектре соседствует с ультрафиолетовым, который имеет опасный мутагенный эффект. Активация сенсорного родопсина 2 запускает механизм «убегания» археи от синего и, соответственно, ультрафиолетового света. Сенсорный родопсин 2 с трансдьюсером образуют в мембране клетки крупномасштабный белковый комплекс. Этот комплекс оказался удобным объектом для отработки методик структурных исследований. Эти методики могут быть далее применены ко всевозможным мембранным белкам, в том числе белкам-мишеням лекарственных препаратов, понимание структуры которых крайне важно.

Малоугловое рассеяние — классический метод для получения структурных параметров различных белков. До недавнего времени этот метод применяли только для водорастворимых белков. Мембранные белки гораздо сложнее охарактеризовать малоугловым рассеянием. Обычно методами малоуглового рассеяния получают структуры низкого разрешения, которые позволяют приблизительно понять поведение белков в растворе. Поэтому авторы исследования решили использовать структуры высокого разрешения для частей большого комплекса и добавить к ним данные, полученные малоугловым рассеянием.

Таким образом, ученые соединили части большого комплекса и собрали трехмерную модель белка по частям, как мозаику. Используя метод молекулярного моделирования, они установили взаимную ориентацию частей комплекса относительно друг друга и получили полноразмерную модель белка высокого разрешения. Удивительной оказалась возможность получения структуры высокого разрешения полноразмерного комплекса с помощью методов низкого разрешения, таких как малоугловое рассеяние. Еще более удивительным оказалось то, что вначале такая структура получилась абсолютно неправильной.

В природе встроенные в мембраны белки окружены липидами. При исследовании мембранных белков образцы проходят стадию солюбилизации, в процессе которой мембранную часть белковых комплексов окружают молекулы поверхностно-активных веществ (или 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, достаточно сильный для того, чтобы получить совершенно неправильную модель работы белкового комплекса, если не учитывать этот детергентный пояс», — комментирует Юрий Рижиков, сотрудник Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ.

Так и произошло в самом начале этого исследования. Авторы получали неверную модель комплекса в так называемом Y-состоянии, основываясь на предположении о том, что картина малоуглового рентгеновского рассеяния представлена исключительно целевыми белками.Когда ученые учли вклад детергентного пояса и поняли, насколько сильно он повлиял на интерпретацию результатов, это было настолько удивительно, что стало примером по выбору оптимальной стратегии обработки данных малоуглового рассеяния для больших мембранных белковых комплексов.

«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», — резюмирует Александр Куклин, руководитель исследования, ведущий научный сотрудник Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ.  

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.
Вчера, 11:11
ТГУ

Ученые факультета физической культуры Томского государственного университета в рамках гранта, поддержанного РНФ, исследуют особенности механизма усвоения глюкозы при сахарном диабете второго типа. Для этого был организован масштабный четырехмесячный эксперимент на 240 мышах, подобного которому в мире еще никто не проводил. Животные с искусственно сформированным диабетом подвергались физической нагрузке. Установлено, что вечерние тренировки лучше снижали вес мышей мышей, а утренние – приводили к уменьшению уровня глюкозы. Предположительно, фактором, стимулирующим утилизацию глюкозы, выступил стресс. Ученые намерены проверить эту гипотезу.

8 часов назад
Илья Ведмеденко

В конце 2021 года российским ВКС передали два новых Су-57. О поставке первого серийного истребителя пятого поколения сообщили в 2020-м.

Вчера, 18:45
Александра Медведева

Снимки телескопа Hubble показали, что черная дыра в центре карликовой галактики Henize 2-10 создает звезды вместо того, чтобы их разрушать. Открытие может стать ключом к пониманию происхождения сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной.

Вчера, 11:11
ТГУ

Ученые факультета физической культуры Томского государственного университета в рамках гранта, поддержанного РНФ, исследуют особенности механизма усвоения глюкозы при сахарном диабете второго типа. Для этого был организован масштабный четырехмесячный эксперимент на 240 мышах, подобного которому в мире еще никто не проводил. Животные с искусственно сформированным диабетом подвергались физической нагрузке. Установлено, что вечерние тренировки лучше снижали вес мышей мышей, а утренние – приводили к уменьшению уровня глюкозы. Предположительно, фактором, стимулирующим утилизацию глюкозы, выступил стресс. Ученые намерены проверить эту гипотезу.

17 января
Сергей Васильев

Новые измерения свойств минерала из глубоких слоев мантии показали, что ядро планеты теряет тепло в полтора раза активнее, чем полагали до сих пор.

17 января
Илья Ведмеденко

Перспективный российский многоцелевой самолет «Байкал» оторвался от земли. Первый полноценный полет машина должна выполнить до конца января.

26.12.2021
Александр Березин

Российская тяжелая ракета имеет все шансы взлететь после Starship, хотя ее начали создавать на 20 лет раньше, да и по параметрам она радикально уступает детищу Илона Маска. Попробуем разобраться, почему любая попытка создать классическую ракету в наши дни — пустая трата времени и средств. А заодно дать ответ на вопрос, какую космическую ракету на самом деле стоит создавать России.

12 января
Алиса Гаджиева

Дополнительное исследование вулканических пород формации Кибиш в Эфиопии изменило датировку найденных там костей Homo sapiens.

Вчера, 11:11
ТГУ

Ученые факультета физической культуры Томского государственного университета в рамках гранта, поддержанного РНФ, исследуют особенности механизма усвоения глюкозы при сахарном диабете второго типа. Для этого был организован масштабный четырехмесячный эксперимент на 240 мышах, подобного которому в мире еще никто не проводил. Животные с искусственно сформированным диабетом подвергались физической нагрузке. Установлено, что вечерние тренировки лучше снижали вес мышей мышей, а утренние – приводили к уменьшению уровня глюкозы. Предположительно, фактором, стимулирующим утилизацию глюкозы, выступил стресс. Ученые намерены проверить эту гипотезу.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

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

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
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: