Биологическое оригами на молекулярном уровне: Цитозольный интерктом защищает от разворачивания белков
Человеческие клетки защищают свои белки от разворачивания и агрегации. К такому выводу пришла команда биофизика Алирезы Машаги после семи лет углубленного исследования механизмов фолдинга белков. Используя беспрецедентный подход, команда смогла изучить фолдинг отдельной белковой молекулы.
Белки — фундаментальные строительные блоки жизни. Эти сложные молекулы выполняют большую часть работы в наших клетках. Чтобы правильно выполнять свою функцию, каждый белок должен быть свернут в специфическую структуру. Именно здесь иногда что-то идет не так. Если белки каким-либо образом разворачиваются, например, из-за болезни, они теряют свою функцию или слипаются. Понимание механизмов, лежащих в основе фолдинга и стабильности белков, имеет решающее значение для разработки потенциальных новых методов лечения.
Как белок разворачивается под стрессом?
«Мы хотели наблюдать, как отдельный белок разворачивается, испытывая стресс в клеточной среде», — объясняет Барбара Скальвини, одна из исследователей. Она и ее коллеги разработали новый подход, сочетающий оптические пинцеты и теорию топологии цепей — систему для определения и классификации формы белков. Результаты опубликованы в Advanced Biology.
С помощью этого метода они изучили белок в цитозольном растворе — близком приближении к сложной цитоплазматической матрице, обнаруженной в живых клетках. «Это позволило нам, во-первых, изучить, как клеточная среда влияет на путь разворачивания белка. А во-вторых, оценить результирующую форму белка», — сказала Скальвини.
Защитные силы
Исследователи обнаружили ранее неизвестный защитный эффект клеточной среды: она, по-видимому, защищает белки от разворачивания и агрегации. «Мы использовали оптические пинцеты, чтобы растягивать белки за их концы, имитируя естественное разворачивание. Мы заметили, что часть белка оставалась свернутой, и для его полного разворачивания требовалось больше силы. Это говорит о том, что молекулярные взаимодействия внутри клетки оказывают стабилизирующий эффект», — сказала Скальвини.
Руководитель группы Алиреза Машаги заявил: «Когда клетка испытывает стресс, белок может развернуться в полностью развернутую цепь. Как только это происходит, процесс очень трудно обратить вспять. Но мы заметили, что цитоплазма ставит на этот процесс «тормоз», не позволяя разворачиванию зайти слишком далеко. Это защищает белки, обеспечивает их правильное функционирование, а также облегчает их повторное сворачивание после устранения стресса».
Машаги называет это исследование значительным достижением в области биофизики. «Мы распутываем сложные взаимоотношения между фолдингом белка и клеточной средой. Наши результаты прокладывают путь для будущих исследований в более реалистичных биологических средах. Это поможет нам преодолеть разрыв между лабораторными исследованиями и реальным миром; между фундаментальной биофизикой и медициной».
«Заставить клеточную среду работать на нас»
Результаты открывают огромные перспективы для многих областей исследований. Машаги говорит: «Подумайте о разработке лекарств и понимании механизмов различных заболеваний, вызванных неправильным фолдингом белков, таких как нейродегенеративные расстройства или мышечные дистрофии. Дальнейшие исследования могут позволить нам использовать защитные свойства клеточной среды».