Наноинструмент позволяет изучать мембранные белки по одному
Исследователи из Университета Рокфеллера создали крошечный инструмент, более чем в 10 000 раз меньше диаметра человеческого волоса, способный заключать в себя отдельные мембранные белки из живых клеток. Новая система, напоминающая наноразмерный суши-ролл, позволит индивидуально стимулировать эти ключевые белки специфическими молекулами и сигналами, чтобы точно определять вызываемые ими биологические реакции.
Наноразмерные аполипопротеин-связанные бислои (NABBs), разработанные в Лаборатории молекулярной биологии и биохимии и описанные в Journal of Molecular Biology, — это универсальное устройство, которое, вероятно, можно адаптировать к любому из множества трансмембранных рецепторов, управляющих активностью клетки.
«Сегодня невозможно точно знать, что делает один белок на поверхности клетки, на которой есть тысячи других белков. Он может действовать самостоятельно или связываться с одним или несколькими другими белками», — говорит Томас Сакмар, старший автор исследования. — «С этим инструментом мы можем контролировать мембранное окружение рецептора и тестировать все возможности взаимодействия с лигандами, другими рецепторами или белками».
Ранее функции таких белков изучали, исследуя миллионы их экземпляров вместе в «супе», создаваемом при разрушении клеточных мембран. Но этот метод проблематичен: смеси мембранных белков неоднородны, а сами белки в изолированном состоянии нестабильны.
Решение было найдено при попытке каталогизировать функции индивидуальных G-белок-связанных рецепторов (GPCRs). В основе конструкции лежит модель транспортной частицы человека — липопротеина высокой плотности (HDL). Это плоская круглая структура, по сути, комплекс фосфолипидов, «подпоясанный» аполипопротеином A-I (apo A-I).
Учёные использовали аполипопротеин A-I из рыбы данио-рерио (zap1). В NABB belt из zap1 заставляет два слоя липидов слипаться — подобно водорослям нори в суши. Они разработали метод запуска быстрой самосборки этих дискообразных наночастиц из смесей zap1, липидов и экстрагированных мембранных белков. Структуры формируются менее чем за час.
В качестве доказательства концепции команда экспериментировала с родопсином, типичным GPCR. Они обнаружили, что:
- Родопсин в NABB невероятно стабилен — так же, как в родных мембранах.
- Для запуска ответа ему не требуется димер (объединение двух рецепторов). Родопсин может активироваться в мономерной форме.
«Каждый белок очень доволен внутри своего собственного диска, и красота в том, что обе стороны этих рецепторов — внутриклеточная и внеклеточная — открыты для любых тестов», — говорит Сакмар.
Этот инструмент можно использовать для самых разных мембранных белков, и он может быть важен для высокопроизводительного скрининга новых лекарств, нацеленных на мембранные белки, участвующие в заболеваниях.
Источник: Университет Рокфеллера
Публикация: Journal of Molecular Biology, 2
февраля 2008 г.