Молекулярный "выключатель" в клеточных рецепторах: открытие с помощью суперкомпьютеров
Исследователи из Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL), Университета Теннесси (UT) и их совместного института (JICS) обнаружили ключевой молекулярный "переключатель", контролирующий поведение клеток. Открытие сделано с помощью детального компьютерного моделирования.
Суть открытия
- Учёные идентифицировали "переключатель" в хеморецепторе Tsr, который управляет подвижностью бактерии E. coli.
- Переключателем оказалась пара аминокислот фенилаланина (Phe396), расположенная на кончике рецептора.
- Эта пара постоянно "переворачивается" на 180°, но в режиме "включения" сигнала проводит больше времени в одном положении, а в режиме "выключения" — в другом.
Как работали учёные
- Моделирование на Anton: На специализированном компьютере Anton (D. E. Shaw Research) смоделировали систему из 140 000 атомов, составляющих сигнальную часть рецептора Tsr.
- Эволюционный анализ: Сравнили тысячи последовательностей хеморецепторов из базы данных Microbial Signal Transduction. Phe396 присутствовала во всех из них, что указывает на её сохранение в течение более 2 миллиардов лет эволюции микробов.
- Планы на Titan: Для изучения более крупного сигнального комплекса (тримера димеров, ~400 000 атомов) команда планирует использовать суперкомпьютер Titan (27 петафлопс), так как Anton имеет аппаратные ограничения.
Значение работы
- Новый взгляд на белки: Работа демонстрирует важность динамического подхода, в отличие от статических "снимков", например, от рентгеновской кристаллографии.
- Универсальность механизма: Аналогичные пары фенилаланина, способные работать как переключатель, есть во многих других сигнальных белках, включая рецепторы в клетках человека.
- Перспективы: Это делает механизм привлекательной мишенью для дизайна лекарств и биотехнологических приложений.
Результаты опубликованы в журнале Nature Communications. Исследование поддержано грантами Национальных институтов здоровья (NIH).