Быстрые ферменты с двумя "пальцами": структурное и динамическое объяснение белка

Исследователи из Рурского университета в Бохуме и Института молекулярной физиологии Общества Макса Планка в Дортмунде раскрыли механизм, который выключает белки, регулирующие транспорт в клетке. Они смогли детально определить, как центральный белок-переключатель Rab деактивируется двумя "белковыми пальцами" своих белков-партнеров. Структурные и динамические данные представлены в журнале PNAS.

"В отличие от белка Ras, регулирующего рост клетки, который управляется всего одним 'пальцем', мы неожиданно обнаружили в Rab механизм выключения с двумя пальцами. Это проливает совершенно новый свет на функционирование определенных ферментов — малых GTPаз, к которым относится Rab", — объясняет Клаус Герверт.

Белки-переключатели, связанные с различными заболеваниями

В отличие от белков Ras, регулирующих рост клеток, GTPазы Rab (также называемые белками Rab) контролируют различные транспортные операции между разными областями клетки. Нарушение этой транспортной системы может привести к таким заболеваниям, как ожирение. Белки Rab работают как переключатель, подобно белкам Ras. В состоянии "включено" они связывают высокоэнергетическую молекулу GTP, а в состоянии "выключено" — менее энергетическую GDP. Расщепление GTP до GDP катализируется белками RabGAP. При этом GTP расщепляется на GDP и фосфат. Исследовательская группа впервые наблюдала эту реакцию во времени и пространстве с максимально возможным атомным разрешением.

Сначала снимок, потом целый фильм

С помощью рентгеноструктурного анализа исследователи сначала определили пространственную структуру белкового комплекса. Данные показали "палец" из аминокислоты аргинина и второй "палец" из глутамина. Аргининовый палец был уже известен для Ras. Глутаминовый палец является новым и неожиданным. RabGAP проникает в GTP-связывающий карман Rab обоими пальцами и ускоряет расщепление GTP более чем на пять порядков величины. Биофизики наблюдали этот динамический процесс в реальном времени с помощью FTIR-спектроскопии. "В отличие от рентгеноструктурного анализа, FTIR-спектроскопия дает нам не просто снимок реакции, а целый фильм", — говорит Карстен Кёттинг. Результат: оба каталитических пальца одновременно проникают в GTP-связывающий карман и покидают его с фосфатом, отщепленным от GTP.

Медицински интересный механизм

В своем эксперименте исследователи изучали белок Rab1b и RabGAP TBC1D20. Другие белки Rab и RabGAP похожи на эти два представителя. "Таким образом, мы предполагаем, что они также взаимодействуют посредством двухпальцевого механизма", — предполагает Константин Гаврилюк. Способность двухпальцевой системы также выключать мутировавшие белки Rab (т.е. мутантные GTPазы) может быть очень интересна с медицинской точки зрения. Можно предположить разработку малых молекул, имитирующих двухпальцевый механизм, чтобы таким образом выключать другие мутантные GTPазы, такие как Ras, которые посылают неконтролируемые сигналы роста и, таким образом, участвуют в образовании опухолей.