Как клеточная среда влияет на конформационную динамику белка

Динамика белков, включая движения петель, линкеров и шарниров, формирует конформации, важные для их функции. Большинство белков функционирует внутри клеток, но влияние сложной клеточной среды на их конформационную динамику оставалось неясным.

Исследователи из Института биоэнергетики и биопроцессов Циндао (QIBEBT) Китайской академии наук (CAS) изучили конформационную динамику белковой петли в клетках Escherichia coli (E. coli) с помощью спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Результаты опубликованы в Science Advances 21 июля.

Ключевые выводы:

  • Замедление диффузии: Слабые взаимодействия белка с окружающими макромолекулами в клетке E. coli затрудняют его вращательную диффузию. Это расширило доступный для детекции методом ЯМР-спиновой релаксации временной масштаб динамики до микросекунд.
  • Гибкие области: Динамика петли в диапазоне от пико- до микросекунд была подтверждена методами спиновой релаксации с наночастицами и остаточных дипольных взаимодействий. Исследование охарактеризовало область петли 1 как обладающую высокой гибкостью (параметр S2, где 0 — максимально гибкая, 1 — максимально жёсткая). Линкеры между α1 и β3 также показали значительную гибкость.
  • Сравнение in vitro / in vivo: Конформационная динамика внутриклеточных белков в целом соответствовала результатам, полученным в водных растворах, но с существенными численными различиями.
  • Роль среды: Взаимодействия петли с внутриклеточной средой изменили с помощью точечной мутации её последовательности. Для варианта белка, сильнее взаимодействующего с окружающими макромолекулами, петля становилась более жёсткой именно в клетках. В условиях in vitro эффект мутации на динамику петли был незначительным.

Это исследование позволило напрямую измерить конформационную динамику белковой петли в клетках и предоставило прямое доказательство того, как клеточная среда через слабые взаимодействия изменяет эту динамику, что может влиять на функцию белков. Работа подчёркивает важность прямого изучения свойств и функций белков в живых клетках.