Как работает молекулярный переключатель в клетке: новый взгляд на G-белки

G-белки — это молекулярные переключатели на внутренней стороне клеточных мембран, передающие важные сигналы внутрь клетки. Рецепторы, связанные с ними, являются мишенью для множества лекарств. Учёные из Технического университета Мюнхена (TUM) выяснили, как именно движутся отдельные аминокислоты G-белка в процессе «переключения». Это открывает новые подходы к разработке лекарств.

Ключевой посредник для фармацевтики

G-белки функционируют как молекулярные переключатели: когда сигнальное вещество связывается с G-белковым рецептором, альфа-субъединица G-белка активируется. Она отделяется от рецептора и других субъединиц и активирует следующие белки. Это первый этап сигнальной каскадной реакции. Более 30% всех производимых лекарств (бета-блокаторы, препараты от давления, психотропные средства) действуют на G-белковые рецепторы.

Механизм переключения в деталях

Группа учёных под руководством профессора Франца Хагна впервые наблюдала движения альфа-субъединиц G-белков в их естественной среде — связанными с клеточной мембраной. Для этого они использовали ЯМР-спектроскопию и разработали специальные мембранные патчи (фосфолипидные нанодиски), в которые помещали рецепторы.

Ключевое открытие:

• В неактивном состоянии («выключено») рецептор-связанная форма альфа-субъединицы имеет открытую конформацию.
• При связывании активирующего гуанозинтрифосфата (GTP) белок «захлопывается», и переключатель активируется.
• В активном состоянии отдельные части субъединицы плотно прилегают друг к другу, комплекс становится жёстким и неизменяемым, что необходимо для активации следующих сигнальных белков.

Перспективы для разработки лекарств

Полученные данные указывают, что открытая форма белка более доступна для воздействия лекарственных веществ, чем жёсткая закрытая форма. Это может помочь в создании препаратов, точно нацеленных на отдельные этапы переключения.

В дальнейших исследованиях учёные планируют изучить влияние G-белковых рецепторов на структуру G-белка, а также роль других субъединиц в процессе переключения. Этому будет способствовать модернизация Баварского ЯМР-центра на кампусе TUM в Гархинге, где в ближайшие два года установят новый высокопольный спектрометр.