Воскрешенный белок раскрыл структуру важного фермента
Ферменты, называемые флавинсодержащими монооксигеназами (FMOs), присутствуют у животных, растений и бактерий для обезвреживания токсичных веществ. У человека пять форм FMO участвуют в метаболизме токсинов и активации лекарств, а мутации в их генах могут вызывать заболевания. Однако детальная структура этих ферментов долгое время оставалась неразрешенной, поскольку человеческие FMO — мембраносвязанные белки, слишком нестабильные для кристаллизации и анализа методом рентгеноструктурного анализа (XRD).
Группа ученых под руководством Марко Фраайе из Университета Гронингена (Нидерланды) совместно с коллегами из Италии и Аргентины использовала новый подход. Они:
- Построили филогенетическое дерево на основе опубликованных последовательностей генов множества FMO.
- Реконструировали предковые генетические последовательности для трех из пяти человеческих FMO.
- Синтезировали и изучили соответствующие белки.
Результаты, опубликованные 23 декабря в Nature Structural & Molecular Biology, показали:
- Реконструированные предковые ферменты оказались достаточно стабильными для структурного анализа.
- Их аминокислотная последовательность на 90% идентична современным белкам, а функции полностью совпадают.
- Мембраносвязанная часть фермента образует туннель, по которому вещества транспортируются к активному центру.
Ключевое открытие: многие токсины — это жирорастворимые соединения, накапливающиеся в клеточной мембране. FMO могут "захватывать" их прямо из мембраны через этот туннель и окислять. Окисление делает токсины более гидрофильными, что облегчает их вывод из клетки. Активный центр у трех изученных FMO одинаков, но туннели немного различаются, что, вероятно, определяет их специфичность к разным классам токсичных соединений.
Значение работы:
- Фармакология: Понимание структуры FMO поможет в дизайне лекарств, которые активируются этими ферментами.
- Медицина: Стало возможным реконструировать эффект болезнетворных мутаций. Например, мутация в FMO3 вызывает "синдром рыбного запаха" (триметиламинурию), при котором организм не может метаболизитриметил амин.
- Биотехнология: Изучение причин повышенной стабильности предковых белков может помочь в создании более стабильных ферментов для промышленного использования.