Дизайнерские белки раскрывают новые детали о сигнальных процессах в организме
Исследователи из Копенгагенского университета радикально изменяют свойства белков, перепроектируя их химическую структуру. Новое фундаментальное исследование на основе дизайнерских белков проливает свет на важные процессы коммуникации в человеческом теле. В долгосрочной перспективе это знание может привести к созданию лекарств с меньшим количеством побочных эффектов. Результаты опубликованы в Nature Communications.
Белки играют фундаментальную роль почти во всех биологических процессах. Учёные из Центра биофармацевтики пытаются переписать основную функцию белков, внося изменения в их молекулярный остов. Комбинируя биологические и химические методы, исследователи создают полусинтетические белки, почти не ограничиваясь рамками природы.
"Мы использовали технологию, позволяющую вносить изменения в молекулярный остов белка, и создали 22 совершенно новых дизайнерских белка на основе известного материала. Мы внесли крошечные изменения в остов одного из наиболее часто встречающихся белковых доменов — своего рода фиксированного независимого модуля, присутствующего в ряде белков. Затем мы изучили, как дизайнерские белки связываются с другими белками в организме, что позволило проанализировать роль конкретного белкового домена в жизненно важных сигнальных процессах организма", — рассказывает постдок Сёрен В. Педерсен.
Все клетки в организме общаются через рецепторные белки, расположенные в клеточной мембране. Это активирует белки внутри клетки, вызывая специфические эффекты, которые, в свою очередь, стимулируют организм к выполнению различных функций.
"Наши дизайнерские белки показывают нам точно, как и где образуется связь. Это даёт уникальное молекулярное понимание белкового домена и ряда ключевых белковых связей в организме. Например, дизайнерские белки связываются с рядом рецепторов в организме — взаимодействия с рецепторами, которые являются важными мишенями для лекарств, предназначенных для лечения инсульта, боли и депрессии. Новые результаты означают, что в долгосрочной перспективе мы сможем разрабатывать лекарства, которые связываются сильнее и точнее с определёнными участками в организме".
От «выключателя» к «продвинутому диммеру»
Обычно лекарства работают, связываясь с конкретным рецептором, участвующим в патологическом процессе, — тем самым останавливая повреждающий эффект. К сожалению, эта стратегия часто вызывает побочные эффекты, поскольку одновременно отключает ряд полезных функций. В последние годы поэтому возник интерес к другой стратегии, при которой лекарство воздействует не на сам рецептор напрямую, а изменяет его взаимодействия с белками внутри клетки. Другими словами, вместо простого включения или выключения функции рецептора, цель теперь — контролировать часть его эффектов. Именно здесь дизайнерские белки могут сыграть ключевую роль.
"Способность манипулировать белками привела к важным прорывам в биотехнологии и биомедицине. Белки часто могут нацеливаться на специфические процессы в клетках с высокой степенью точности — и в Центре биофармацевтики мы комбинируем химический синтез и биологические процессы, чтобы узнать больше о молекулярных взаимодействиях, которые могут иметь значение для биологических фармацевтических препаратов", — объясняет профессор Кристиан Стрёмгаард, руководитель Центра биофармацевтики Копенгагенского университета.