Биологи сделали снимок мимолётного белкового процесса

Структурные биологи из Университета Райса и Медицинского колледжа Бейлора (BCM) впервые получили трёхмерный кристаллический снимок критического, но мимолётного процесса, происходящего тысячи раз в секунду в каждой человеческой клетке. Исследование, опубликованное в журнале Cell Reports, может быть полезно в изучении рака и других заболеваний.

Биологический «стоп-кадр» показывает начальный этап формирования актина — прочной нитевидной структуры, жизненно важной для человека. Нити актина помогают клеткам сохранять форму. Эти нити, называемые F-актином, также играют ключевую роль в сокращении мышц, делении клеток и других критических процессах.

F-актин — это полимер, состоящий из множества более мелких белков-мономеров, называемых G-актином. Они самоорганизуются «конец в конец», образуя F-актин. Однако процесс самосборки настолько эффективен, что учёные не могли увидеть, что происходит, когда первые два или три мономера соединяются, образуя ядро (нуклеацию) нити.

В 2008 году команда поручила аспирантке Сяожуй Чен использовать рентгеновскую кристаллографию для определения структуры актинового ядра. После неудачных попыток команда нашла решение: создать две мутантные версии G-актина, которые могли бы образовывать ядро, но не полимеризоваться дальше.

Нативный G-актин связывается с одним соседом сверху и одним снизу, и эта схема связывания «конец в конец» — ключ к образованию длинных полимеров F-актина. Чтобы стимулировать нуклеацию без полимеризации, Чен создала два мутанта:

• Один мог нормально связываться сверху, но не снизу.
• Другой мог нормально связываться снизу, но не сверху.

Для подготовки кристаллов Чен использовала двухэтапный процесс: сначала высокий уровень пересыщения для запуска образования кристаллов, а затем метод «затравки» для переноса кристаллов в среду, где они могли вырасти достаточно для анализа.

Кристаллы были проанализированы с помощью рентгеноструктурного анализа, который показал атомное расположение в нуклеированной паре двойных мутантов. Впервые стало видно, как начинается нуклеация актина.