Учёные выявили новые структуры критического амилоидного белка

Белок транстиретин может вызывать серьёзные проблемы в организме, когда его молекулы неправильно сворачиваются после секреции. В то время как здоровый транстиретин переносит гормоны через кровь и спинномозговую жидкость, его неправильно свёрнутые версии образуют опасные скопления в сердце и вдоль нервов, вызывая прогрессирующее и смертельное заболевание — транстиретиновый амилоидоз (ATTR).

До четверти всех мужчин старше 80 лет имеют ту или иную степень ATTR, которая может вызывать одышку, головокружение, покалывание или потерю чувствительности в конечностях.

Учёные из Scripps Research обнаружили новые структуры транстиретина.

Их выводы, опубликованные в Nature Structural & Molecular Biology 22 января 2025 года, показывают, как трёхмерная асимметрия белка может способствовать его нестабильности. Это открытие также может внести вклад в разработку новых лекарств от ATTR.

«Мы раскрыли молекулярную сложность, скрытую от исследователей десятилетиями, что позволяет нам разрабатывать более эффективные лекарства для стабилизации транстиретина», — говорит соавтор Габриэль Ландер, профессор Scripps Research.

«Новые структуры выявили различия в двух сайтах связывания тиреоидного гормона, которые ранее считались идентичными, и помогают объяснить, почему связывание лекарства с одним сайтом изменяет способность лекарств связываться с противоположным сайтом», — добавляет Джеффери Келли, профессор химии Scripps Research и соавтор исследования.

Для определения трёхмерной структуры небольших белков, таких как транстиретин, исследователи часто используют кристаллографию, при которой белки формируют в крупную повторяющуюся кристаллическую структуру перед визуализацией. Однако структура кристаллизованного белка не всегда отражает конформацию отдельных свободно плавающих белков в организме.

Другой метод, криоэлектронная микроскопия (крио-ЭМ), мгновенно замораживает белки, чтобы зафиксировать их в более естественных структурах. Однако эти замороженные белки затем находятся в суспензии, и небольшие белки, такие как транстиретин, имеют тенденцию застревать на границе раздела воздух-жидкость, а не оставаться полностью погружёнными. Это влияет как на структурную стабильность белков, так и на возможность выявить их детальную структуру.

Чтобы преодолеть эту проблему, группа Ландера разработала тонкую сетку, покрытую графеном, к которой молекулы транстиретина могли естественным образом прилипать. Затем они быстро погружали эту сетку в жидкий этан для заморозки образца. Этот процесс зафиксировал молекулы транстиретина на месте на поверхности графена и сохранил их естественные конформации, имитируя то, как они выглядят при движении по крови или жидкостям организма.

«Мы опирались на работу лаборатории Яна в Принстоне 2019 года при создании наших сеток. Правильная химия поверхности имеет решающее значение для такого типа исследований. С небольшими белками, такими как транстиретин, создание высококачественного образца — это только начало; анализ данных также является частью задачи», — говорит Бенджамин Базанта, первый автор новой статьи.

Когда команда протестировала подход на транстиретине, они обнаружили, что он образует асимметричные структуры с двумя по-разному сформированными связывающими карманами. Основываясь на более чем 200 кристаллических структурах, решённых в прошлом, эти сайты связывания считались идентичными.

Исследователи показали, что эта вариация связана с тем, что комплекс транстиретина постоянно колеблется между двумя разными состояниями — подобно молекулярной версии «дыхания», по словам Ландера. Эта асимметрия в нативной структуре транстиретина также представляет гипотезу о том, как может происходить процесс диссоциации и неправильного сворачивания, ведущий к агрегации белка и последующему заболеванию.

Присоединение препарата от ATTR тафамидиса — разработанного лабораторией Келли — к одному или обоим сайтам связывания транстиретина стабилизировало молекулу и минимизировало это движение.

Теперь Ландер и его коллеги намерены изучить, как эта структура и её стабилизация связаны с ATTR, и как лекарства, нацеленные на транстиретин, могут лечить болезнь. Они также заявляют, что их метод с графеновой сеткой может быть использован для определения структур других небольших и нестабильных белков — включая пептид бета-амилоида, который накапливается в мозге при болезни Альцгеймера.

«Методологии, которые мы разработали, открыли новые двери для путей лечения, которые однажды могут защитить пациентов не только от TTR-амилоидоза, но и от других амилоидных заболеваний», — говорит Ландер.