Расшифрована регуляция эмбрионального малого белка теплового шока

Малые белки теплового шока предотвращают слипание других белков, позволяя клетке выживать в условиях стресса. Дефекты этих "маленьких помощников" связаны с такими заболеваниями, как катаракта и рак. Учёные из Технического университета Мюнхена (TUM) охарактеризовали малый белок теплового шока, ответственный за эмбриональное развитие у нематоды Caenorhabditis elegans. Предположительно, аналогичный белок существует и у человека.

Клетки, как и люди, сталкиваются с катастрофическими ситуациями. Хотя им не угрожают ураганы и землетрясения, повреждения от тепла или радиации столь же разрушительны: важные белки, контролирующие химические реакции, транспортирующие вещества или распознающие сигнальные молекулы, теряют свою структуру и становятся бесполезными. Когда это происходит, клеточные процессы выходят из-под контроля.

Но у клеток есть свои системы предотвращения катастроф: малые белки теплового шока не дают другим белкам слипаться в нерегулярные агрегаты, обеспечивая сохранение их правильной структуры. Это позволяет им продолжать выполнять свои задачи — клетки выживают. В человеческом организме известно девять таких белков-помощников, и они очень универсальны. Они работают в различных тканях: в мозге, сердце, мышцах, а также в хрусталиках наших глаз, где предотвращают помутнение.

Когда малые белки теплового шока перестают функционировать правильно, может возникнуть целый ряд заболеваний, таких как катаракта, некоторые неврологические состояния или рак. Поэтому учёные стремятся понять, за что именно отвечают различные белки теплового шока, какова их молекулярная структура и как они регулируются.

Защитный белок, специфичный для эмбрионального развития

Группа учёных из TUM под руководством Йоханнеса Бюхнера, Севиль Вайнкауф и Михаэля Гролля впервые успешно охарактеризовала молекулярную структуру и функцию малого белка теплового шока, который существует исключительно в яйцах и эмбрионах нематоды Caenorhabditis elegans.

Исследователи установили, что белок Sip1 отвечает именно за развитие эмбрионов и что его регуляция осуществляется через значение pH, а не температуру. "Sip1 — единственный известный нам малый белок теплового шока, демонстрирующий такие свойства", — говорит Бюхнер. "Он берёт на себя сложную задачу поддержания белкового баланса в быстро делящейся ткани и кислой среде во время эмбриональной фазы. Никакой другой белок теплового шока не может сделать то же самое". Члены семейства малых белков теплового шока эффективно разделяют работу, специализируясь на предотвращении различных катастрофических сценариев.

Хотя Sip1 существует только у нематод, последствия для человека интересны. "Мы ещё не знаем, играет ли белок с аналогичной функцией роль в эмбриональном развитии человека, но мы подозреваем, что да", — говорит Бюхнер. Большое сходство между малыми белками теплового шока нематод и человека в определённых местах становится очевидным в кристаллической структуре белка Sip1. Способ взаимодействия двух ключевых частей белкового комплекса удивительно похож на таковой у альфа-B-кристаллина в хрусталике человеческого глаза.

Принципы сборки в защитных белках

Понимание связи между структурой, регуляцией и функцией белков Sip1 стало возможным только в результате тесного сотрудничества учёных из разных областей исследований на химическом факультете. В биологических и биохимических экспериментах они сначала определили значение Sip1 для выживания эмбрионов нематоды. Они обнаружили, как белок теплового шока предотвращает слипание важных эмбриональных белков при тепловом стрессе, когда активируется низким значением pH.

Электронно-микроскопический и кристаллографический анализы добавили ещё один фрагмент к общей картине. Они показали, что белок присутствует в нескольких формах, состоящих из 32, 28 или 24 идентичных субъединиц. В среде с высоким pH доминируют крупные комплексы, и белок неактивен. Однако, когда значение pH становится кислым, большие олигомеры диссоциируют, и защитный белок активируется.

В будущих проектах учёные под руководством Бюхнера, Вайнкауф и Гролля надеются идентифицировать молекулярный переключатель, который запускает диссоциацию крупных олигомеров Sip1 в более мелкие.