Белковые узлы приобретают новое эволюционное значение
Новое исследование предполагает, что белковые узлы — структуры, механизм образования которых остаётся загадкой, — могут иметь специфические функциональные преимущества, зависящие от архитектуры белка.
«Присутствие заузленной или скользяще-заузленной структуры в белке встречается относительно редко, но действительно очень интересно», — отметил Кеннет Миллетт, профессор математики в UC Santa Barbara и соавтор статьи «Сохранение сложных узлов и скользящих узлов в белках», опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences.
О процессе фолдинга белка — сворачивания полипептидной цепи в трёхмерную структуру («нативное состояние»), необходимую для функционирования, — известно относительно мало. Ещё сложнее понять, как это происходит для заузленных белков, где цепь образует петли разной сложности, или ещё более редких скользяще-заузленных белков, где петля связана другим сегментом цепи (аналогично бантику на шнурке).
Фолдинг с образованием узла внутренне сложнее, чем для незаузленных белков. Цепь должна избегать не только энергетических ловушек, но и топологических барьеров. Слишком долгий поиск нативного состояния или застревание в неправильно свёрнутом состоянии может привести к бесполезному или даже вредному белку, вызывающему агрегацию, связанную с нейродегенеративными заболеваниями.
«С эволюционной точки зрения образование узлов может казаться маловероятным, но на самом деле оно происходит», — сказал Миллетт.
Исследователи (Миллетт, Джоанна Сулковска, Эрик Роудон, Хосе Онучик и Анджей Стасяк) проанализировали 74 223 белковые структуры из Protein Data Bank на наличие и тип узлов. Они обнаружили, что белковые узлы и скользящие узлы часто сильно консервативны в эволюции. Это указывает на их важность и преимущество для функции белка, несмотря на сниженную эффективность фолдинга.
Кроме того, расположение этих узлов высококонсервативно и часто отмечено точками гибкости — «шарнирами» в цепи, которые могут облегчать фолдинг.
Узлы могут способствовать стабильности белка. Например, схожие петли скользящих узлов наблюдаются в нескольких семействах белков, формирующих трансмембранные каналы. Скользящий узел, по-видимому, скрепляет несколько трансмембранных структур, обеспечивая стабильность и формируя канал для прохода веществ через мембрану клетки.
Исследователи продолжат изучение плохо понятного процесса фолдинга и заузливания белков.
«Эти узлы могут помочь выявить важные структурные особенности. Нам необходимо чётко понять, как они возникают, каковы последствия их структуры и как можно этим процессом управлять», — заключил Миллетт.