Движение белков критически важно для их функции, показывают исследования

Ученые из Johns Hopkins Medicine изучили атомную структуру белков и подтвердили, что их колебания, сотрясения и вибрации играют ключевую роль в способности функционировать. Эти результаты могут помочь в разработке новых лекарств, способных изменять или нарушать сложные "движения" белков для изменения их функций.

Результаты опубликованы 15 июля в журнале Science Advances.

Белки — это органические соединения, "рабочие лошадки" биологии. Доминик Фрю (Dominique Frueh), Ph.D., отмечает, что, хотя движение белков давно известно, его значение оставалось предметом дискуссий: "То, как белки взаимодействуют с нужным партнером в нужное время — по сути, как они общаются — очень важно для понимания их функции, и мы обнаружили, что движения белков критически важны для этой коммуникации".

Команда Фрю изучила движение белка HMWP2 — фермента из класса nonribosomal peptide synthetases. Эти ферменты состоят из нескольких доменов (отдельных регионов), которые работают как конвейер, производя сложные природные соединения, часто обладающие фармацевтическими свойствами. Например, HMWP2 производит yersiniabactin — молекулу, которая захватывает ионы железа для бактерий, включая Escherichia coli и Yersinia pestis.

Ключевые методы и выводы:

• Ученые использовали ЯМР-спектроскопию (NMR), чтобы отследить движение доменов HMWP2 на атомном уровне.
• Для отслеживания движения в крупном белке они пометили два его домена стабильными изотопами азота-15 и углерода-13.
• Было обнаружено, что два домена связываются друг с другом только тогда, когда второй домен модифицирован (что происходит в процессе синтеза продукта). Это позволяет избежать бесполезного взаимодействия.
• Первый домен каким-то образом "чувствует" модификацию второго. Изменения в движении наблюдались по всему домену, помеченному углеродом-13, включая удаленное сайт связывания для третьего домена (на расстоянии около 40 нанометров).
• Чтобы доказать роль движения, ученые создали мутантный белок HMWP2 с изменением в области, удаленной от сайтов связывания. Структура домена осталась стабильной, но все его движение было нарушено. Это привело к потере способности связываться с другими доменами, даже модифицированными.

Значение и перспективы:

Детальное понимание движения белков открывает новые возможности для разработки лекарств. Вместо того чтобы нацеливаться на активный сайт белка, можно попытаться остановить его движение и тем самым инактивировать. Такой подход может дать больше свободы для создания препаратов с меньшими побочными эффектами. Для этого ученые сейчас изучают, как вычисления и искусственный интеллект могут улучшить понимание и предсказание движений белков.