Молекулярное высокоскоростное оригами: исследователи выяснили важный механизм сворачивания белков

Белки — это рабочие лошадки клетки, ответственные почти за все биологические функции, включая метаболизм, передачу сигналов или определение формы клетки. Однако прежде чем выполнять свои задачи, цепочечные молекулы должны принять сложную трёхмерную конформацию. Этот процесс называется сворачиванием белка и является одним из важнейших в биологии. При неправильном сворачивании белки часто теряют функциональность или даже образуют агрегаты, что может привести к тяжёлым заболеваниям, таким как болезнь Альцгеймера или Паркинсона. Чтобы этого избежать, специализированные белки — шапероны — помогают другим белкам принять правильную форму.

Бактериальные шапероны GroEL и GroES служат примером этого принципа: вместе они образуют клеткоподобную структуру, в которую помещают новые, ещё не свёрнутые белки, позволяя им правильно свернуться. Однако точный механизм этого процесса до сих пор был неясен и является темой исследования команды MPIB под руководством Манаджит Хайер-Хартл и Ф. Ульриха Хартла в сотрудничестве с Джоном Энгеном из Северо-Восточного университета в Бостоне.

Активное ускорение сворачивания

«Наши результаты показывают, что шапероны не только предотвращают слипание белков, но и резко ускоряют процесс сворачивания», — объясняет Флориан Жоржеско, учёный из MPIB. «Удивительно, но шапероны достигают этого, меняя механизм сворачивания: вместо того чтобы сворачиваться одним большим блоком, белок приобретает окончательную структуру в серии небольших, быстрых шагов — как сложное высокоскоростное оригами». Исследователи полагают, что разделение реакции может сделать её энергетически более выгодной, что, в свою очередь, приводит к увеличению скорости. Таким образом, процесс сворачивания завершается за несколько секунд, а не за несколько минут.

Исследование впервые показывает, что шапероны могут действовать не только пассивно, предотвращая агрегацию, но и как активная клетка для сворачивания, катализирующая этот процесс. Это приводит к высокоскоростному механизму сворачивания, который, по словам исследователей, имеет особое биологическое значение, поскольку позволяет сворачивать белки быстрее, чем они производятся. Таким образом можно избежать накопления ещё не свёрнутых или неправильно свёрнутых белков и связанных с этим катастрофических последствий.