Высокоскоростная атомно-силовая микроскопия для исследования внутренне неупорядоченных белков

Исследователи из Университета Канадзавы (Япония) продемонстрировали, что их технология высокоскоростной атомно-силовой микроскопии (HS-AFM) позволяет получать информацию не только о структуре, но и о динамике внутренне неупорядоченных белков (IDP).

Проблема изучения IDP

• Половина всех белков является внутренне неупорядоченной, то есть не имеет единой фиксированной структуры.
• Стандартные методы, такие как рентгеновская кристаллография, для них не работают, а электронная микроскопия неприменима из-за малой толщины белков.
• Альтернативные методы — ЯМР-спектроскопия и малоугловое рентгеновское рассеяние — дают данные, усреднённые по ансамблю молекул, и не показывают конформации отдельных белков или частоту их возникновения.
• HS-AFM способна обеспечить нанометровое разрешение при высокой скорости съёмки, что позволяет захватывать динамику.

Результаты исследования

Учёные применили HS-AFM к нескольким IDP, включая белок полиглутаминового тракта-1 (PQBP-1) и нуклеопротеин вируса кори. Метод позволил определить:

• Параметры формы, размера и длины цепей белковых областей.
• Степенной закон, связывающий размер белка с его длиной.
• Количественное описание влияния поверхности слюды на размеры белка.
• Динамику конформаций: появление и исчезновение глобул, переходы между полностью неструктурированными и слабо свёрнутыми конформациями в сегментах длиной до 160 аминокислот.

Ключевые выводы по вирусу кори

• Исследование нуклеопротеина вируса кори выявило не только форму и размеры, но и характеристики переходов "порядок-беспорядок" в области, ответственной за молекулярное распознавание (что позволяет вирусу идентифицировать факторы хозяина для размножения).
• Метод позволил определить крупномасштабные структуры фосфопротеина вируса, недоступные для ЯМР (который показывает расстояния только между аминокислотами, разделёнными менее чем на 2 нм).
• Наблюдаемое образование определённых компактных форм может объяснять устойчивость к протеолизу (расщеплению белка).

Сила комбинированного подхода

Исследователи подчёркивают, что комбинация всех молекулярных особенностей, выявленных HS-AFM, с данными о локальной свёрнутой структуре от ЯМР позволяет количественно описать структурные и динамические характеристики IDP более реалистично по сравнению с картинами, полученными по отдельности.