Учёные получили уникальное представление о функции ключевого мышечного белка

Благодаря первому высокоразрешаючному структурному анализу мышечного белка α-актинина учёные теперь лучше понимают, как работают мышцы. Анализ предоставляет важнейшую информацию о структуре и функции этого сложного белка и может привести к разработке новых методов лечения серьёзных мышечных расстройств. Результаты проекта, финансируемого Австрийским научным фондом FWF и Европейской комиссией, недавно были опубликованы в престижном научном журнале Cell.

Функция следует из формы

Международная исследовательская группа под руководством Кристины Джинович-Каруго из лабораторий Макса Ф. Перуца Венского университета и Медицинского университета Вены впервые описала точную структуру α-актинина и подтвердила давнее предположение о том, как регулируется его функция.

Исследование показало, что α-актинин существует в виде димера — комплекса из двух идентичных молекул цилиндрической формы длиной 360 Å (1 Å = 10^-10 метров) и шириной 60 Å. Каждая молекула димера имеет головку, шейку и четырёхчастное стержнеобразное продолжение.

Особый интерес представляли два белковых домена, выступающих из стержнеобразной части в L-образной форме. Эти L-образные домены соединяются с шейкой другой молекулы, и это взаимодействие важно для функции. Ключевое открытие произошло, когда учёные добавили молекулу жирной кислоты PIP₂.

Наблюдение показало: пока PIP₂ недоступен, L-образный домен остаётся связанным с шейкой второго α-актинина. Если PIP₂ доступен, связь открывается, и домен становится доступным для связывания с другим мышечным белком — титином. Структурные данные проекта FWF раскрыли механизм: шейка α-актинина по структуре похожа на титин. При отсутствии PIP₂ L-образный домен одной молекулы α-актинина связывается с похожим на титин участком в шейке противоположной молекулы. При наличии PIP₂ L-образная часть отсоединяется от шейки и связывает титин. Наличие PIP₂ достаточно, чтобы изменить параметры связывания, отдавая приоритет одному взаимодействию над другим.

Методология: рентгеноструктурный анализ

Для выведения функции белка из его структуры необходимо идентифицировать всё вплоть до миллиардной доли метра. Это возможно с помощью рентгеноструктурного анализа, при котором рентгеновские лучи дифрагируют на тонких структурах белка, представленного в виде кристалла. Производство достаточного количества α-актинина для выращивания белковых кристаллов заняло годы. Для выяснения регуляции α-актинина PIP₂ потребовались другие сложные дополнительные методы анализа, где была незаменима экспертиза международных коллег.

Значение результатов проекта выходит за рамки фундаментальных знаний. α-Актинин играет роль в причинах опасных для жизни мышечных расстройств, таких как дистрофии и кардиомиопатии. Новое понимание структуры и функции этого белка может привести к разработке новых подходов к их лечению.