Ошибки из-за упаковки в тесноте
Живые клетки полны таких белков, которые, однако, часто мешают друг другу, когда они сворачиваются или выполняют свои функции. «Ошибки в складывании или функционировании в этих плотно упакованных помещениях могут вызвать ряд заболеваний и даже рак», – объясняет д-р. Ханнес Нойвайлер, руководитель группы кафедры биотехнологии и биофизики Вюрцбургского университета.
Вместе со своей рабочей группой он разработал метод, позволяющий наблюдать за работой белков с высоким пространственным и временным разрешением. Группа представляет результаты своей работы в свежем номере журнала Nature Chemical Biology.
Нойвайлер и его команда сосредоточились на так называемых шаперонах.
Это белки, которые помогают другим белкам складываться, активируют их путем изменения формы и предотвращают нежелательную кластеризацию », – объясняет Нойвайлер.
Белок теплового шока с целебными свойствами
Белок теплового шока Hsp90 – исключительный образец таких специализированных белков: это один из наиболее часто встречающихся белков в живых клетках, где он помогает огромному количеству «пациентов» различных форм и назначений. "Однако целебная сила Hsp90 загадочна. До сих пор его точная функция была известна лишь частично », – говорит Нойвайлер.
Что было известно, так это то, что шаперон похож на молекулярную скобку, которая открывается и закрывается во время ухода за пациентами. В прошлом исследователи использовали кристаллографические методы и дифракцию рентгеновских лучей для определения структур Hsp90 с атомарным разрешением, которые показывают снимки из машинного отделения шаперона. «Однако было невозможно наблюдать этот механизм Hsp90 при работе в водном растворе», – объясняет Нойвайлер.
Не было доступных методов визуализации таких локальных движений в белках.
Маяк указывает на структурные изменения
Это изменилось недавно: ученые из Вюрцбурга разработали флуоресцентные зонды с высоким разрешением, которые позволяют наблюдать эти движения в Hsp90.
Подобно тому, как маяк включается и выключается при изменении структуры, зонды указывают, когда и в каком временном масштабе происходит движение в молекулярной машине.
Для этой цели исследователи использовали явление тушения посредством фотоиндуцированного переноса электронов (ПЭТ).
Принцип: молекулы синтетического красителя, излучающие свет при нормальных условиях, отключаются в результате фотохимической реакции при контакте с природной аминокислотой триптофаном. Нойвайлер и его сотрудники оснастили шаперон «датчиками движения», вставив такие молекулы красителя в определенные места в Hsp90 в непосредственной близости от триптофана. Результаты их работы показывают, что локальные структурные элементы в Hsp90 движутся синхронно, в то время как молекулярная скобка открывается и закрывается. Взаимодействующий белок Aha1, так называемый ко-шаперон, управляет рычагом выбранного структурного элемента Hsp90 на ранней стадии, тем самым ускоряя процесс.
В будущем ученые планируют пролить свет на другие структурные изменения Hsp90 и функционирование других ко-шаперонов с помощью новой флуоресцентной технологии. Они надеются по-новому взглянуть на работу белков-помощников и, следовательно, на эволюцию заболеваний, изучая отдельные молекулы с использованием методов чувствительной визуализации.