Учёные идентифицировали и картировали белок, лежащий в основе светочувствительного механизма

Учёные из MIT совместно с коллегами из Испании обнаружили и картировали светочувствительный белок, который использует витамин B₁₂ для выполнения ключевых функций, включая регуляцию генов.

Исследование, основанное на изучении белков бактерии Thermus thermophilus, привело как минимум к двум важным открытиям. Во-первых, оно расширяет наши знания о биологической роли витамина B₁₂, который, как уже было известно, помогает преобразовывать жир в энергию и участвует в формировании мозга. Теперь же он идентифицирован как ключевая часть фоторецепторных белков — структур, которые позволяют организмам чувствовать и реагировать на свет.

Во-вторых, исследование описывает новый режим регуляции генов, в котором светочувствительные белки играют ключевую роль. Учёные отмечают, что бактерии перепрофилировали существующие белковые структуры, использующие витамин B₁₂, и заставили их работать по-новому.

"Природа позаимствовала не просто витамин, а, по сути, целый ферментный блок, модифицировала его... и превратила в световой сенсор", — говорит Кэтрин Дреннан, профессор химии и биологии в MIT.

Результаты подробно описаны на этой неделе в журнале Nature. В статье описываются фоторецепторы в трёх различных состояниях: в темноте, связанные с ДНК и после воздействия света.

"Замечательно, что нам удалось получить все серии структур, чтобы понять, как это работает на каждом этапе", — отмечает Дреннан.

В работе девять соавторов. Исследователи использовали комбинацию методов рентгеновской кристаллографии и in vitro анализа для изучения бактерий. Изучив структуры фоторецепторных белков в трёх состояниях, учёные получили более полное понимание их структур и функций, чем если бы рассматривали белки только в одном состоянии.

Микробы, как и многие другие организмы, получают пользу от понимания, находятся ли они в свету или в темноте. Фоторецепторы связываются с ДНК в темноте и блокируют активность, связанную с генами Thermus thermophilus. Когда свет попадает на микробы, структуры фоторецепторов расщепляются и "разваливаются", и бактерии начинают производить каротиноиды, которые защищают организмы от негативного воздействия солнечного света, такого как повреждение ДНК.

Исследование также показывает, что точный способ связывания фоторецепторов с ДНК является новым. Структуры содержат тетрамеры — четыре субъединицы белка, из которых с генетическим материалом связаны ровно три. Дреннан признаётся, что это её удивило.

"В этом лучшая часть науки. Ты видишь что-то новое, потом думаешь, что это не так уж ново, но проводишь эксперименты [и это действительно так]".

Дреннан добавляет, что в долгосрочной перспективе это открытие может иметь практическое применение, например, для инженерии светонаправляемого контроля транскрипции ДНК или разработки контролируемых взаимодействий между белками.