Новый метод раскрывает предельную скорость сворачивания спиральных мембранных белков

Мембранные белки играют ключевую роль в различных клеточных функциях и являются основной мишенью для фармацевтических препаратов — примерно 60% лекарств на рынке нацелены именно на них. Для разработки эффективных лекарств необходимо понимать структуру и принципы сворачивания этих белков.

Профессор Дуёнг Мин и его команда из Департамента химии UNIST разработали новый метод одно-молекулярного пинцета, основанный на дибензоциклооктиновом циклоприсоединении и связывании траптавидина. Этот метод позволил оценить «скоростной предел» сворачивания спиральных мембранных белков.

Ранее исследования с использованием магнитных пинцетов были ограничены нестабильностью молекулярных связей, которые разрушались под действием силы. Новый метод, описанный в eLife в мае 2023 года, показал исключительную стабильность: время жизни связей увеличилось более чем в 100 раз, позволяя проводить эксперименты до 12 часов при силе до 50 pN и около 1000 циклов натяжения.

Применив эту технику, учёные наблюдали многочисленные структурные переходы в дизайнерском трансмембранном гомодимере в течение 9 часов при постоянной силе 12 pN. Это дало беспрецедентное понимание пути сворачивания и выявило скрытую динамику переходов спираль-клубок.

Анализ с помощью скрытой марковской модели и рамок Крамерса показал, что предельная скорость формирования спиральной шпильки в липидном бислое составляет всего 21 миллисекунду. Это на порядки медленнее, чем сворачивание растворимых белков (микросекунды), что объясняется высокой вязкостью липидных мембран, замедляющей взаимодействие спиралей.

Эти результаты дают новое руководство для понимания кинетики и свободной энергии сворачивания мембранных белков, что критически важно для разработки лекарств.