Наблюдение передачи сигналов в белках в реальном времени открывает новые перспективы для разработки лекарств

Белки передают информацию и сигналы в организме человека за счёт изменений своей структуры. Например, связывание гормона с белком-мишенью вызывает структурное изменение, которое, в свою очередь, открывает новые сайты связывания для других белков в другой части поверхности белка. Исследователи называют эту связь между разными, удалёнными друг от друга сайтами связывания аллостерией. Прерывание этой связи приводит к тому, что сигналы не передаются. Этого можно добиться с помощью специально разработанных молекул, которые таким образом приобретают фармакологические эффекты, например, как анальгетики или химиотерапевтические агенты. Для целенаправленного создания таких молекул учёным необходимо больше узнать о возможных механизмах аллостерии.

Команда под руководством проф. д-ра Герхарда Штока из группы биомолекулярной динамики Института физики Фрайбургского университета и проф. д-ра Петера Хамма из Института химии Цюрихского университета (Швейцария) представила важные данные о молекулярных деталях аллостерии в журнале PNAS.

Исследователи отследили изменения в тестовом белке PDZ2 в режиме реального времени, вызванные связыванием пептидного лиганда. Для этого исследовательская группа из Цюрихского университета провела временную колебательную спектроскопию, а физики из Фрайбургского университета смоделировали соответствующие изменения на атомарном уровне с помощью кластера bwHPC BinAC в Тюбингене. Такое сочетание методов позволило учёным понять, как изменение режима связывания лиганда вызывает изменения структуры белка, которые распространяются по белку с атомарным разрешением и в диапазоне временных масштабов от пикосекунд до микросекунд.

Наблюдение передачи сигналов в белках в реальном времени показало, что аллостерия основана на изменениях как в структуре, так и в динамике белка, которая демонстрирует иерархическую динамику: структурное изменение занимает примерно в десять раз больше времени, чем предшествующее ему изменение.