Как формируется 3D-структура белков хрусталика глаза

Прозрачность и преломляющая сила хрусталика человеческого глаза обеспечивается плотной упаковкой в его клетках определенных белков, в основном кристаллинов. Нарушение этой упаковки, например, из-за наследственных изменений в кристаллинах, приводит к помутнению хрусталика (катаракте) — самой частой причине потери зрения в мире.

Для плотной упаковки в клетках волокон хрусталика кристаллины должны быть стабильно и правильно свернуты. Сворачивание белка начинается уже во время его биосинтеза в рибосомах. Рибосомы формируют защитный туннель вокруг новой аминокислотной цепи, которая сразу после выхода из туннеля принимает трёхмерную структуру с элементами вроде спиралей или складок. Изучаемые гамма-B кристаллины также имеют множество связей между двумя серосодержащими аминокислотами — так называемых дисульфидных мостиков.

Образование этих мостиков сложно для клетки, поскольку биохимические условия в клеточной среде препятствуют их формированию или разрушают их. В готовом белке гамма-B кристаллина дисульфидные мостики защищены от внешней среды другими частями белка, но во время его сборки это невозможно.

Поскольку рибосомный туннель считался слишком узким, предполагалось, что дисульфидные мостики гамма-B кристаллинов формируются только после завершения синтеза белка. Чтобы проверить это, исследователи использовали генетически модифицированные бактериальные клетки как модель, останавливали синтез гамма-B кристаллинов в разные моменты времени и изучали промежуточные продукты с помощью масс-спектрометрии, ЯМР-спектроскопии, электронной микроскопии и теоретического моделирования.

Результат: Дисульфидные мостики формируются на ещё не завершенном белке во время синтеза аминокислотной цепи.

"Мы смогли показать, что дисульфидные мостики могут формироваться уже в рибосомном туннеле, который предоставляет для этого достаточно места и защищает их от клеточной среды", — говорит профессор Харальд Швальбе из Института органической химии и химической биологии Университета Гёте. "Однако, что удивительно, это не те же самые мостики, что присутствуют в готовом гамма-B кристаллине. Мы делаем вывод, что по крайней мере некоторые из дисульфидных мостиков позже разрушаются и формируются заново. Вероятная причина — оптимальный тайминг производства белка: 'предварительные' дисульфидные мостики ускоряют образование 'финальных' мостиков, когда гамма-B кристаллин высвобождается из рибосомы".

В дальнейших исследованиях учёные планируют проверить, похожи ли процессы синтеза в рибосомах высших клеток на процессы в бактериальной модели.