Белок Ras, способствующий развитию рака, существует в клетках в виде пары

Исследователи из Бохума и Оснабрюка получили новые данные о структуре белка Ras, который действует как молекулярный переключатель роста клеток и участвует в развитии рака. С помощью флуоресцентных меток они показали, что белок располагается парой на клеточной мембране, и именно в той структуре, которую они предсказали теоретически ещё в 2012 году. Команда из Бохумского центра белковой диагностики (PRODI) надеется, что эти результаты откроют новый подход для разработки противораковых препаратов. Результаты опубликованы в Journal of Chemical Science в мае 2021 года.

В активированном состоянии белок Ras связан с молекулой гуанозинтрифосфата (GTP). Ras отделяет одну из фосфатных групп от молекулы GTP, тем самым выключая рост клеток. Сбои в работе белка Ras могут привести к тому, что он останется в активном состоянии или выключится с существенной задержкой. Это вызывает неконтролируемый рост клеток и, как следствие, рак. Почти все попытки найти активное вещество, которое связывалось бы с отдельными белками Ras, до сих пор терпели неудачу.

Сильнее в паре

Другие исследования показали, что кластеризация Ras в виде пары значительно улучшает передачу сигнала для роста клеток. «Если бы мы могли найти способ нарушить образование пары у дефектных белков Ras с помощью активного вещества, их сигнал для роста клеток был бы значительно ослаблен», — говорит профессор Клаус Герверт, основатель PRODI. «Таким образом, знание структуры пары Ras предлагает новую отправную точку для активных веществ в борьбе с раком». В поиске потенциальных активных веществ могут помочь биоинформатические методы. «Однако для этого необходимо точно знать структуру интерфейса между двумя белками Ras», — объясняет доктор Тилль Рудак, ведущий автор исследования.

Множество противоречивых моделей пары

В 2012 году группа из Бохума под руководством Клауса Герверта определила структуру пары Ras на клеточной мембране, используя специально разработанную комбинацию компьютерных и экспериментальных методов. С помощью биомолекулярного моделирования группа также предсказала первоначальную модель интерфейса между двумя белками. Однако точная структура интерфейса в последующие годы стала предметом ожесточённых споров, и было предсказано множество других противоречивых моделей. «Чтобы разрешить спор, необходимы экспериментальные данные, однозначно подтверждающие модель», — говорит доцент доктор Карстен Кёттинг, руководитель проектной группы в PRODI. Эти данные были предоставлены исследователями в их текущей работе.

Они использовали метод FRET (флуоресцентный резонансный перенос энергии), который действует как своего рода молекулярная линейка и используется для измерения расстояний между белками. Для этого два белка метят двумя разными красителями. Если они находятся очень близко друг к другу, энергия передаётся от одного красителя к другому. Расстояние между белками определяется на основе соотношения переданной энергии. Чтобы определить ориентацию двух белков Ras в паре относительно друг друга, исследователям пришлось измерить расстояния в разных точках. «Мы применили инновационный метод для внедрения аминокислот в белок Ras, которые не встречаются в белке естественным образом, но могут присоединять красители», — объясняет Карстен Кёттинг.

Замена аминокислот разрушает пару

Исследователи измерили в общей сложности четыре разных расстояния. Затем они проверили, с какими из моделей пары эти расстояния коррелируют. Их анализ включал все ранее опубликованные модели пар, а также ещё 100 потенциальных моделей, предсказанных вычислительными методами. Однако только одна конфигурация пары соответствовала всем четырём экспериментально определённым расстояниям. «Эта конфигурация соответствует структуре, которую мы предсказали ещё в 2012 году», — резюмирует Тилль Рудак.

В дальнейших экспериментах исследователи заменили две наиболее важные аминокислоты в точке контакта между двумя белками Ras. Результат: пара больше не образовывалась. «Тот факт, что образование пары можно предотвратить заменой аминокислот, вселяет в меня оптимизм, что в будущем мы сможем использовать точку контакта пары Ras в качестве мишени для активных веществ», — говорит Клаус Герверт.