Защитный белок хрусталика глаза влияет на окисление белков
Хрусталик человеческого глаза представляет собой высококонцентрированный белковый раствор, который обеспечивает его большую преломляющую силу. Защитные белки предотвращают слипание этих белков на протяжении всей жизни. Команда учёных из Технического университета Мюнхена (TUM) раскрыла точную структуру белка альфа-A-кристаллина и обнаружила его важную дополнительную функцию.
Преломляющая сила хрусталика обусловлена высококонцентрированным белковым раствором. Эти белки создаются во время эмбрионального развития и должны функционировать всю жизнь, так как хрусталик не имеет механизмов для синтеза или деградации белков.
Повреждение белков хрусталика приводит к катаракте (помутнению) или пресбиопии. Здесь вступают в действие защитные белки: они обеспечивают сохранение формы белков глаза даже при неблагоприятных воздействиях.
«Два защитных белка, альфа-A и альфа-B-кристаллины, составляют около 30% белков человеческого глаза и чрезвычайно важны для функции хрусталика», — говорит Кристоф Кайзер, первый автор публикации в журнале Nature Structural and Molecular Biology.
Структура многогранного белка
Попытки определить структуру альфа-A-кристаллина были безуспешными более 40 лет. Прорыв для исследовательской группы под руководством профессоров TUM Севиль Вайнкауф (электронная микроскопия) и Йоханнеса Бухнера (биотехнология) стал возможен благодаря сочетанию криоэлектронной микроскопии, масс-спектрометрии, ЯМР-спектроскопии и молекулярного моделирования.
«Альфа-A-кристаллин чрезвычайно многогранен, — говорит Севиль Вайнкауф. — Это сильно затрудняет определение его структуры. Только после разработки новой стратегии анализа данных мы смогли показать, что в растворе он принимает разные структуры с 12, 16 или 20 субъединицами».
Защита от окисления
Типичная функция защитных белков (шаперонов) — помогать другим белкам сохранять форму при стрессе, например, от высоких температур.
Альфа-A и альфа-B-кристаллины также обладают этой функцией. Кроме того, человеческий альфа-A-кристаллин имеет два остатка цистеина. Атомы серы в этих остатках могут образовывать дисульфидные мостики. Углублённые биохимические исследования показали, что это связывание существенно влияет на различные свойства белковой молекулы.
«Распространённая теория гласит, что дисульфидные мостики возникают в результате повреждения белка, например, кислородом, — говорит Йоханнес Бухнер. — Наши результаты позволяют предположить, что альфа-A-кристаллин может играть активную роль в защите других белков от окисления».
Мотивация для дальнейших исследований
Исследования команды демонстрируют, что окисленный альфа-A-кристаллин может даже передавать существующий дисульфидный мостик другим белкам. «Эта способность соответствует функции белка-дисульфидоксидазы, — говорит Кристоф Кайзер. — Таким образом, альфа-A-кристаллин может влиять на редокс-состояние других белков хрусталика. Эта функция также объясняет, почему примерно у половины альфа-A-кристаллинов в эмбрионах уже есть такие дисульфидные мостики».
«Около 35% всех случаев слепоты можно отнести к катаракте, — говорит Севиль Вайнкауф. — Молекулярное понимание функций белков хрусталика глаза формирует важную основу для разработки стратегий профилактики и терапии. Осознание того, что альфа-A-кристаллин также играет важную роль в защите от окисления, теперь породит новые исследования».