Новый метод позволяет отслеживать быстрые изменения формы белков

Исследователи из Weill Cornell Medicine разработали мощный новый метод для создания «фильмов» об изменяющихся структурах белков со скоростью до 50 кадров в секунду.

Новый подход, разработанный старшим автором работы доктором Саймоном Шойрингом и коллегами, позволяет лучше понять, как биологические молекулы меняют свою структуру во времени.

Хотя исследователи в этой области обычно получают статичные изображения белков с разрешением, достаточным для определения положения отдельных атомов, эти структурные модели являются лишь снимками. Регистрация динамики молекулярных структур — создание фильмов — была гораздо более сложной задачей.

В исследовании, опубликованном 17 апреля в Nature Structural & Molecular Biology, учёные использовали относительно новую методику измерений — высокоскоростную атомно-силовую микроскопию (HS-AFM). Она использует чрезвычайно чувствительный зонд для сканирования поверхности молекул, по сути «ощупывая» их структуру. В качестве ключевого нововведения учёные нашли способ изолировать свою целевую молекулу — отдельный белок. Это позволило избежать эффектов от взаимодействий между белками и обеспечить более быстрое и точное сканирование.

Новый подход HS-AFM для одиночных молекул был применён к белку Glt_Ph. Это «транспортёр», расположенный в клеточной мембране, который направляет молекулы нейромедиатора в клетку. Такие транспортёры являются одними из любимых мишеней структурных биологов из-за их сложной и загадочной динамики, а также важности для здоровья и болезней.

Исследователи получили динамические структурные данные по Glt_Ph с беспрецедентным сочетанием высокого пространственного и временного разрешения, а также стабильности. Это позволило непрерывно записывать крошечные колебания в структуре Glt_Ph в течение нескольких минут.

Неразгаданным явлением в таких белках была так называемая кинетика «wanderlust»: сообщалось, что молекулы функционально меняются между режимами высокой и низкой активности без очевидной причины. Работа выявила ранее невидимое структурное состояние Glt_Ph, в котором транспортёр заблокирован и функционально неактивен, раскрыв основу кинетики «wanderlust».

Исследователи подчеркнули, что их новый подход, который они постоянно пытаются оптимизировать, является универсальным для изучения других белков, включая мембранные. В целом, эта работа открывает новые возможности для отслеживания точной структуры белка момент за моментом в течение его циклов активности и покоя.