Как клетки избавляются от отходов
Немецкие исследователи раскрыли структуру клеточной системы деградации белков.
Дефектные белки, которые не утилизируются организмом, могут вызывать такие заболевания, как Альцгеймер или Паркинсон. Учёным из Института биохимии Макса Планка (MPI) недавно удалось раскрыть структуру клеточной системы деградации белков (26S протеасома), комбинируя различные методы структурной биологии.
Результаты сотрудничества с коллегами из Калифорнийского университета в Сан-Франциско и Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zürich) представляют собой важный шаг вперёд в исследовании 26S протеасомы. Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.
В любой момент времени в клетках должны присутствовать только те белки, которые нужны именно сейчас. Иначе могут происходить нежелательные реакции, способные вызвать рак или другие заболевания. Кроме того, белки должны быть правильно свёрнуты, чтобы выполнять свои задачи. Неправильно свёрнутые белки могут образовывать агрегаты, что может привести к нейродегенеративным заболеваниям, таким как Альцгеймер или Паркинсон. Чтобы этого не произошло, в организме существует несколько механизмов, регулирующих количество белков в клетке и при необходимости разрушающих их.
«Клеточная система утилизации отходов» — 26S протеасома — играет важную роль в деградации белков. Сначала неправильно свёрнутые и потенциально опасные белки помечаются молекулами убиквитина. 26S протеасома распознаёт меченые белки и расщепляет их на мелкие фрагменты, которые затем перерабатываются. Учёным из группы Вольфганга Баумейстера, руководителя исследовательского отдела «Молекулярная структурная биология» в MPI, теперь удалось раскрыть её структуру.
Множество пазлов складываются в одну структуру
«Структура 26S протеасомы постоянно меняется, — объяснил Фридрих Фёрстер, руководитель исследовательской группы «Моделирование белковых комплексов» в MPI. — Именно поэтому до сих пор её не удавалось объяснить с помощью традиционных подходов, например, только с помощью рентгеновской кристаллографии. Нам пришлось комбинировать разные методы, чтобы добиться успеха». Электронная микроскопия и масс-спектрометрия помогли раскрыть общую структуру 26S протеасомы. Рентгеновская кристаллография дала детальное представление об определённых областях молекулы. Затем исследователи использовали компьютерное программное обеспечение для интеграции различных данных и создания общей картины.
Основываясь на этих результатах, исследователи теперь хотят выяснить, как именно работают различные механизмы деградации белков. «Мы уже разработали гипотезу о том, как именно 26S протеасома распознаёт меченые белки и обрабатывает их», — сказал Стефан Бон, учёный из MPI. Полное выяснение структуры 26S протеасомы и её механизмов может иметь и медицинское значение: «Клеточная система утилизации отходов» является терапевтической мишенью для лечения рака и нейродегенеративных заболеваний.