Учёные нашли новый источник универсальности у "бесформенных" белков

Учёные из Исследовательского института Скриппс (TSRI) обнаружили ключевой механизм, с помощью которого внутренне неупорядоченные белки (IDP) расширяют и контролируют свою функциональность. Результаты опубликованы в журнале Nature.

Исследование было сосредоточено на IDP, известном как онкобелковый продукт раннего региона 1A аденовируса (E1A). Этот белок, производимый вирусом сразу после заражения клетки, взаимодействует с множеством ключевых клеточных молекул, чтобы перенаправить клеточную машинерию на репликацию вируса.

Важность IDP

IDP, такие как E1A, часто играют роль критических "молекулярных хабов" в крупных сетях взаимодействия белков. К этому классу также относятся белки, связанные с серьёзными заболеваниями: супрессор опухолей p53, альфа-синуклеин при болезни Паркинсона, а также амилоид-бета и тау-белки при болезни Альцгеймера.

Гибкие и "липкие" структуры IDP позволяют им иметь множество партнёров, но механизмы регуляции этих взаимодействий оставались неясными.

Чувствительная методика

Для нового исследования учёные использовали квантово-оптический метод одномолекулярного FRET. Эта техника, специализация лаборатории доцента Ашока А. Дениза, использует флуоресцентные метки для регистрации расстояний между частями белка в реальном времени.

"Метод достаточно чувствителен, чтобы работать с крайне низкими концентрациями белка, даже фокусируясь на отдельных молекулах E1A, что позволяет избежать усреднения данных", — пояснил Дениз.

Постдоки Аллан Крис М. Ферреон и Жозефина К. Ферреон использовали этот метод для детального изучения силы связывания (аффинности) E1A с двумя его важнейшими белковыми партнёрами.

Достижение сложности

Исследование выявило два ключевых механизма:

1. E1A использует базовый регуляторный механизм аллостерии: связывание одного партнёра в одной части структуры E1A изменяет способность другого основного сайта связывания взаимодействовать с другими партнёрами.
2. E1A обладает уникальной способностью проявлять как положительную кооперативность (связывание облегчается), так и отрицательную кооперативность (связывание затрудняется) между двумя основными областями связывания. Это зависит от того, занята ли третья часть белка.

"Аллостерия сама по себе является механизмом модуляции функций белка, а здесь мы видим, что E1A выводит это на новый уровень, модулируя саму аллостерию — по сути, модулируя модуляцию", — сказала Жозефина Ферреон.

Это открытие объясняет, как E1A генерирует и управляет своей функциональной сложностью, что особенно важно для вирусных белков с их крошечными геномами. Более того, некоторые ключевые партнёры E1A в заражённых клетках сами являются IDP-хабами. "Таким образом, вы умножаете сложность — и становится понятно, как такие белки, как E1A, успевают сделать так много за короткое время", — добавил Аллан Ферреон.

"Тот факт, что мы можем обойти обычные технические препятствия, связанные с IDP, и проводить эти одномолекулярные эксперименты, действительно открывает путь к изучению взаимодействий IDP-хабов", — отметил старший исследователь профессор Питер Э. Райт.

"Мы определённо будем изучать больше таких белков-хабов, и я думаю, мы обнаружим другие фундаментальные принципы, с помощью которых они достигают сложных уровней биологической регуляции и функции", — заключил Дениз.