18.02.2020
ФизТех

Впервые расшифрована структура «перевернутого» белка родопсина и показаны ключевые отличия от других известных родопсинов

4.1

Ученые из МФТИ совместно с иностранными коллегами одними из первых в мире раскрыли и изучили структуру высокого разрешения белка из нового семейства гелиородопсинов. В свое время открытие канальных родопсинов привело к появлению оптогенетики — методики управления нервными или мышечными клетками в живом организме с помощью света. Исследования в этой области открывают новые возможности в терапии болезни Паркинсона, депрессии, тревожности и эпилепсии.

Модель белка родопсина / ©swift.cmbi.umcn.nl

Работа опубликована в высокоцитируемом научном журнале PNAS. 
Оптогенетика, появившаяся в 2005 году, основана на внедрении в мембрану нейронов специальных белков – опсинов, реагирующих на возбуждение светом. Исследования в этой области открывают новые возможности в терапии болезни Паркинсона, депрессии, тревожности и эпилепсии.

Родопсины относятся к обширной группе опсинов. Эти белки содержат специальную группу — ретиналь, при поглощении фотона которой белок активируется. До начала XXI века были изучены только родопсины архей, найденные в геномах галобактерий. Однако к сегодняшнему дню с помощью геномных и метагеномных исследований найдено более 10 тысяч генов родопсинов. Родопсины присутствуют во всех трех доменах жизни (бактерии, археи, эукариоты) и в гигантских вирусах и вносят основной вклад в захват солнечной энергии в океане.

Огромное разнообразие белков, их биологическая важность и многочисленные биотехнологические приложения создают необходимость изучения их структуры. Понимание структуры белка помогает определять механизмы действия и даже функции. Большой вклад в развитие этой области традиционно вносят сотрудники Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ. В прошлом году сотрудниками центра были расшифрованы структуры белка KR2 и родопсина из гигантского вируса.

Несмотря на различия свойств и структур родопсинов, их ориентация в мембране обычно одинакова. Белки имеют два конца, называемые N- и C-, по наличию амино- и карбоксильной группы соответственно. Все известные родопсины ориентированы в мембране таким образом, чтобы N-концевой фрагмент оказывался снаружи клетки. Однако у недавно открытого семейства гелиородопсинов все перевернуто с ног на голову: N-конец располагается внутри клетки. Сотрудниками лаборатории впервые расшифрована структура представителя этого семейства, белка 48C12, показаны ключевые отличия от известных родопсинов и сделано предположение о функции гелиородопсинов.


Рисунок. Левая часть: димер гелиородопсина 48С12 в мембране (серые диски); правая часть: карты электронной плотности высокого качества определяют наличие аниона ацетата в активном центре гелиородопсина 48С12 / ©Предоставлено авторами исследования /Пресс-служба МФТИ

Кирилл Ковалёв, один из первых авторов работы, аспирант МФТИ, говорит: «Гелиородопсины — необычные белки. Полученные нами структуры высокого разрешения продемонстрировали как их уникальную глобальную архитектуру, так и детали внутреннего устройства и взаимодействий между ключевыми аминокислотными остатками».

В своей работе ученые смогли проанализировать структуру белка 48C12 в двух состояниях и сравнить ее со структурами других микробных родопсинов. Так, было показано, что внутри белка, в его цитоплазматической части, находится большая полость, заполненная большим количеством молекул воды. В одном из полученных состояний белка в полости была обнаружена молекула ацетата. Таким образом, полость может играть роль «активного центра» белка, в котором происходит связывание субстрата, такого как нитрат или карбонат. Несмотря на это предположение авторов, функция и биологическая роль гелиородопсинов остается неизвестной.

Валентин Горделий, научный координатор Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ, поясняет: «Столь необычная структура белка и его свойства позволяют нам предположить энзиматическую функцию гелиородопсинов. Кроме того, наша работа показала, что среди этого семейства могут быть выделены группы белков с различными функциями».

Таким образом, ученые расшифровали структуру гелиородопсина 48С12 и показали принципиальное отличие от других микробных родопсинов. Результаты работы открывают новые возможности для дальнейшего изучения гелиородопсинов. 

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.
12 часов назад
Мария Азарова

Американские исследователи оценили вероятность повторного заражения коронавирусами SARS-CoV, HCoV-229E, HCoV-OC43, HCoV-NL63 и особенно SARS-CoV- 2.

8 часов назад
Мария Азарова

В Великобритании провели крупное популяционное исследование с участием более 32 миллионов человек. Авторы работы изучили неврологические осложнения, связанные с вакцинами ChAdOx1nCoV-19 и BNT162b2, а также после самого Covid-19.

Сегодня, 12:14
Илья Ведмеденко

На выставке ADEX-2021 южнокорейская корпорация KAI представила полноразмерный макет перспективного боевого вертолета Marine Attack Helicopter, способного применять многофункциональные БПЛА MUM-T.

12 часов назад
Мария Азарова

Американские исследователи оценили вероятность повторного заражения коронавирусами SARS-CoV, HCoV-229E, HCoV-OC43, HCoV-NL63 и особенно SARS-CoV- 2.

22 октября
Ольга Иванова

Американские исследователи пришли к выводу, что человеческий мозг уменьшился из-за процессов глобализации, кооперации и разделения труда.

22 октября
Александр Березин

Повелители тундростепей Евразийского континента, оказывается, вовсе не вымерли с концом ледникового периода. Вопреки тому, что считалось ранее, они выжили — как минимум на Таймыре и как минимум до 1900 года до нашей эры. А это на много веков позже постройки пирамиды Хеопса. Получается, человек не привел мамонта к вымиранию? Или, напротив, нашел затерянные на Таймыре остатки вида и уничтожил их совсем недавно? Это сложный вопрос, от которого зависит ответ на другой: могут ли слоны заселить Север России и в наши дни?

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: