Как регулируется активность ромбовидных протеаз
Ромбовидные протеазы — перспективная мишень для новых лекарств. Исследователи из Института молекулярной фармакологии им. Лейбница (FMP) раскрыли механизм регуляции активности этого фермента. Ключевую роль играет динамика "ворот", открывающихся на короткое время для расщепления других белков.
Эти ферменты находятся в клеточной мембране и, разрезая другие белки, запускают сигнальные каскады в клетке. Они участвуют во многих биологических процессах и играют ключевую роль в таких заболеваниях, как болезнь Паркинсона, малярия и рак. Однако из-за своей локализации в мембране эти белки сложно изучать.
В 2019 году группе профессора Адама Ланге из FMP впервые удалось получить динамические изображения ромбовидных протеаз с помощью ЯМР-спектроскопии в твёрдом теле. Было подтверждено, что для доступа субстрата к активному центру фермента ненадолго открываются "ворота", позволяя субстрату переместиться из гидрофобной мембраны в гидрофильную активную сайт.
Доказательство связи динамики ворот и активности фермента
В новом исследовании в рамках кластера передовых исследований UniSysCat учёные FMP показали важность "ворот" для функционирования ромбовидных протеаз. Результаты опубликованы в Science Advances. Согласно работе, существует чёткая корреляция между динамикой ворот и ферментативной активностью.
В работе использовался комплекс методов:
ЯМР-спектроскопия в твёрдом теле
Другие биофизические методы и биохимические анализы
Молекулярно-динамическое моделирование
"Чтобы понять, как функционируют ромбовидные протеазы, мы объединили целый ряд экспериментальных и теоретических подходов", — отметил руководитель проекта Адам Ланге.
Исследователи работали с биологической моделью — ромбовидными протеазами из бактерий E. coli (GlpG), похожие молекулы есть и в митохондриях человека. Создавались мутанты с подвижными или, наоборот, закрытыми "воротами".
- Если мутации облегчали открытие ворот — активность фермента возрастала.
- Если ворота были закрыты — активность прекращалась, субстрат не мог быть обработан.
Молекулярно-динамическое моделирование, выполненное группой профессора Хань Суня, подтвердило и расширило экспериментальные данные. "Мы смогли смоделировать на компьютере, насколько широко должны открыться ворота, чтобы пропустить субстраты", — пояснила Хань Сунь.
По словам ведущего автора работы, аспирантки FMP Клаудии Бог, эти открытия помогут в параллельно ведущемся в институте поиске новых соединений-ингибиторов. "Ромбовидные протеазы — клинически важная мишень. Новые данные, несомненно, помогут нам добиться значительного прогресса и в этой области".