Улучшенный метод получения дизайнерских белков предотвращает их неправильное сворачивание

Белки — строительные блоки жизни. Они состоят из свернутых пептидных цепей, которые, в свою очередь, образованы последовательностью аминокислот. От стабилизации структуры клетки до катализа химических реакций — функции белков разнообразны. Их разнообразие дополнительно увеличивается за счет модификаций, происходящих после синтеза пептидных цепей.

Одна из форм модификации — белковый сплайсинг. Изначально белок содержит так называемый «интеин», который удаляет себя из пептидной цепи, чтобы обеспечить правильное сворачивание и функцию конечного белка.

Команда под руководством профессора-протеинолога Хеннинга Муца и аспиранта Кристофа Хумберга из Института биохимии Мюнстерского университета ответила на давний исследовательский вопрос: почему особая разновидность интеинов — «сплит-интеины» — часто сталкивается в лаборатории с проблемами, значительно снижающими эффективность реакции? Исследователи смогли идентифицировать неправильное сворачивание белка как одну из причин и разработали метод для его предотвращения.

Их исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Сплайсинг белков редко встречается в природе, но очень интересен для исследований. Решение, найденное командой из Мюнстера, открывает возможности для использования сплит-интеинов для получения белков, полезных в фундаментальных исследованиях или для применения в биотехнологии и биомедицине.

Ученые по всему миру интенсивно работают над синтезом сложных белков из двух фрагментов, которые трудно или невозможно получить обычными методами. Таким образом можно получить химерные белки, в которых, например, одна часть белка произведена в клетках млекопитающих, а другая — химически синтезирована, селективно модифицирована или получена из бактериальных клеток.

Для этой цели требуются особенно мощные сплит-интеины как инструмент. Они могут соединять отдельные части белка вместе, так как сами состоят из двух фрагментов, локализованных на изначально разделенных пептидных цепях. После соединения частей сплит-интеин удаляет себя.

Исследователи из Мюнстера изучали так называемый «Aes интеин», который благодаря редкой форме катализа позволяет проводить особенно широкий спектр применений. Оба фрагмента сплит-интеина были получены в лаборатории в бактериальных клетках и показали лишь низкую продуктивность, аналогичную другим интеинам.

Используя хроматографические и биофизические методы, команда обнаружила, что большая доля одного из произведенных фрагментов присутствовала в виде неактивного белкового агрегата со специфическим неправильным сворачиванием. Из этих выводов исследователи сделали заключения о причине неправильного сворачивания и с помощью биоинформатических анализов идентифицировали несколько аминокислот, ответственных за это.

Используя молекулярно-биологические методы, они ввели выбранные единичные мутации в фрагмент интеина, которые почти полностью подавили образование агрегатов и, соответственно, повысили продуктивность сплит-интеина.