"Неупорядоченные" аминокислоты могут обеспечивать гибкость сигнальному белку

Секции белков, ранее считавшиеся неупорядоченными, могут иметь неожиданную биологическую роль — обеспечивать определённым белкам пространство для движения. К такому выводу пришло исследование учёных из Онкологического центра Фокса Чейза, опубликованное в журнале Structure.

Исследователи провели первое всестороннее структурное изучение белка NHERF1, который служит связующим звеном для молекулярных сигналов между внешней мембраной клетки и белками цитоскелета. NHERF1 представляет большой класс белков с широким спектром биологических ролей, включая сигнальные пути, связанные с такими заболеваниями, как муковисцидоз и рак молочной железы.

"Молекулярный переключатель"

Белок NHERF1 содержит как известные структуры, так и большие неупорядоченные регионы. Его упорядоченные части состоят из двух PDZ-доменов (якоря для связи с другими белками) и ezrin-связывающего мотива, который соединяет NHERF1 с белками вроде эзрина. Вместе эти структуры позволяют белку быть сигнальным адаптером.

Учёные заметили, что ezrin-связывающий мотив удобно помещается в щель на поверхности PDZ-доменов, но принимает спиральную структуру, что крайне необычно для этого класса белков.

Роль неупорядоченности

Как типично для человеческих белков, более трети аминокислот NHERF1 были предсказаны как внутренне неупорядоченные. Согласно исследованию, именно один из таких неупорядоченных сегментов длиной около 100 аминокислот позволяет белку работать. Он даёт PDZ-модулю возможность "укусить" свой собственный ezrin-связывающий "хвост", эффективно выключая белок.

Гибкость этого линкера и его склонность быть более или менее неупорядоченным критически важны для регуляции баланса между внутренними ("аутоингибиторными") силами и внешними взаимодействиями с партнёрами по сигналингу. Это подтверждается недавним наблюдением, что ферментативная модификация (фосфорилирование) аминокислот в неупорядоченной области смещает баланс в сторону более открытой, активной формы белка.

Инновационный метод исследования

Неупорядоченный домен также затруднял создание точной модели всего белка с помощью рентгеновской кристаллографии. Вместо этого исследователи использовали ядерный магнитный резонанс (ЯМР) спектроскопию.

Поскольку ЯМР лучше работает с маленькими белками, а не с большими гибкими молекулами вроде NHERF1, учёные разработали инновационную технику. Она позволила рассмотреть белок под множеством углов с помощью ЯМР-спектрометра и вычесть перекрывающиеся области, чтобы сформировать более полную картину молекулы. Это позволило увидеть, как NHERF1 выглядит в конформациях "включено" и "выключено".

Выводы

Исследование показывает, что слабые молекулярные взаимодействия в неорганизованной белковой последовательности необходимы для придания этому белку его уникальных свойств. Белок находится в конформации "выключено", пока на него не подействуют внешние агенты, что является способом для клетки отключать сигнальный путь, когда он не используется. Эти находки могут дать исследователям новый взгляд на белки вроде NHERF1 и их физиологическую роль в клетках.