Рентгеновское рассеяние проливает свет на сворачивание белков

Исследователи из KAIST применили рентгеновский метод для отслеживания процесса сворачивания белков. Это может повысить точность компьютерного моделирования данного процесса, что важно для понимания болезней и разработки лекарств. Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) 30 июня.

После трансляции с ДНК белки быстро переходят из нефункционального развернутого состояния в свернутое функциональное. Ошибки в сворачивании могут приводить к таким заболеваниям, как Альцгеймер и Паркинсон.

Команда физического химика Хёчхерла Ихи (Hyotcherl Ihee) разработала подход с использованием метода рентгеновского рассеяния для изучения сворачивания белка цитохром c. Этот белок, состоящий из цепи в 104 аминокислоты с гемовой группой, содержащей железо, часто используется в подобных исследованиях.

Методология:

1. Белок помещали в раствор и облучали ультрафиолетом. Это восстанавливало железо в геме из феррической (Fe³⁺) в феррозную (Fe²⁺) форму, что инициировало сворачивание.
2. Во время процесса на образец с очень короткими интервалами направляли рентгеновские лучи.
3. Детектор непрерывно записывал картины рассеяния рентгеновских лучей на всех атомных парах в образце.
4. Изменения в этих картинах рассеяния во времени показывали движение белка в реальном времени.

Ключевые выводы:

• Цитохром c изначально существует в множестве различных развернутых состояний.
• После запуска процесса белки за 31,6 микросекунды достигают группы промежуточных состояний.
• Затем эти промежуточные состояния следуют разными путями с разным временем сворачивания, чтобы достичь энергетически стабильного свернутого состояния.

"Мы не знаем, можно ли обобщить это разнообразие путей сворачивания на другие белки, — отметил Ихи. — Однако мы считаем, что наш подход можно использовать для изучения других систем сворачивания белков".

Исследователи надеются, что этот метод улучшит точность моделей, симулирующих взаимодействия белков, за счет включения информации об их неструктурированных состояниях. Такие симуляции важны для выявления барьеров правильного сворачивания и предсказания структуры белка по его аминокислотной последовательности, что в перспективе поможет понять механизмы болезней и взаимодействие лекарств с белками.