Новое понимание динамики белков может изменить будущее разработки лекарств

Новое исследование раскрывает механистические детали того, как динамика белков контролирует активность группы ферментов — сериновых протеаз. Поскольку сериновые протеазы играют ключевую роль в свертывании крови, врожденной иммунной системе и ремоделировании тканей, результаты могут быть важны для разработки новых препаратов для лечения различных заболеваний.

Белки обычно рассматриваются как стабильные трехмерные структуры. Однако пептидная цепь постоянно совершает небольшие или крупные движения, меняя конформацию белка. Эти постоянные изменения называют динамикой белков. Хотя хорошо известно, что динамика играет решающую роль в уровне активности сериновых протеаз, механизм этого явления оставался неясным.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Scientific Reports, дает механистическое представление о динамике, контролирующей активность сериновой протеазы урокиназы. Ученые из Орхусского университета определили пять различных рентгеноструктурных кристаллических структур урокиназы.

«Определение кристаллических структур урокиназы было далеко не простой задачей. Урокиназа — сверхдинамичный белок, что осложняет образование кристаллов», — говорит постдок Тобиас Кроманн-Хансен.

Для решения проблемы исследователи сотрудничали с учеными из Свободного университета Брюсселя и Лёвенского университета, чтобы разработать панель антител верблюдовых, специфично связывающихся с урокиназой.

«Антитела верблюдовых оказались очень полезным инструментом в рентгеновской кристаллографии, так как они стабилизируют динамичные белки, облегчая образование кристаллов», — отмечает Кроманн-Хансен.

Кристаллические структуры дали пять «снимков» урокиназы и показали, что ее пептидная цепь совершает удивительно большие движения. Эти движения были дополнительно картированы с помощью специальной техники HDX-MS (обмен водород-дейтерий с последующей масс-спектрометрией), в которой профессор Элизабет А. Комивес из Калифорнийского университета в Сан-Диего является мировым экспертом.

Сравнив данные рентгеноструктурного анализа и HDX-MS с биохимическими исследованиями, ученые получили детальное описание молекулярных механизмов, лежащих в основе динамики белков, контролирующей активность урокиназы.

Результаты дают фундаментальное понимание механистической функции сериновых протеаз. Исследователи надеются, что это открывает новые возможности в открытии лекарств.

«Мы обнаружили, что урокиназа может существовать в равновесии между активным и неактивным состоянием. Теперь мы знаем форму неактивного состояния. Разрабатывая молекулы, которые специфично распознают и стабилизируют неактивное состояние, мы можем сместить равновесие в его сторону, подавляя болезнетворную активность урокиназы, например, при раке и артрите. Мы надеемся найти подобные неактивные состояния у других сериновых протеаз, чтобы применить этот принцип для лечения других серьезных заболеваний, связанных с высокой активностью этих ферментов», — объясняет Тобиас Кроманн-Хансен.