Структуры сахаров в кристаллах белка галектина-10

Исследователи из Токийского научного института разработали быстрый метод анализа 3D-структур гибких молекул сахаров, не требующий их очистки. Метод основан на выращивании кристаллов белка галектина-10 (Gal-10) с помощью бесклеточной кристаллизации и их последующем замачивании в растворе сахара. Это позволяет «поймать» и детально изучить молекулярное строение сахаров и их взаимодействие с белком. Метод ускорит исследования в области разработки лекарств и молекулярной биологии.

Сахар (сахариды) — не просто подсластитель. В живых организмах эти молекулы покрывают поверхность клеток и выступают в роли мессенджеров в таких процессах, как контроль инфекций и восстановление тканей. Изучить их сложно из-за структурной гибкости.

Чтобы решить эту проблему, команда профессора Такафуми Уэно из Токийского научного института использовала систему бесклеточной кристаллизации белков (CFPC). В пробирке, без использования клеточных культур, за один день были синтезированы кристаллы Gal-10 — белка, связывающего сахара.

«Мы создали каркасные кристаллы Gal-10, которые удерживают молекулы сахаров в своей сети. Это позволяет визуализировать их точные конформации на атомном уровне с помощью рентгеноструктурного анализа», — поясняет Уэно.

Замачивая кристаллы в растворах сахаров, команда успешно определила детальные 3D-структуры пяти различных сахаров. Впервые получено атомное разрешение для мелецитозы — сложного сахара, ранее недоступного для детального изучения из-за гибкости. Также была картирована структура пребиотического сахара раффинозы.

Кроме того, исследователи проанализировали влияние мутации белка на связывание сахара. Замена одной аминокислоты (E33A) в Gal-10 позволила молекулам сахара плотнее встраиваться в кристалл, демонстрируя, как небольшие модификации белка влияют на связывание.

Для более глубокого понимания поведения сахаров команда совместила рентгеноструктурный анализ с молекулярно-динамическим моделированием. Анализ показал, что кристалл мягко ограничивает движение сахаров, стабилизируя их для детальной визуализации. Также были выявлены небольшие изменения молекулярной формы сахаров, влияющие на силу связывания.

По словам исследователей, платформа CFPC–Gal-10 открывает путь к более быстрому и точному анализу сложных углеводов. «С нашей системой можно за короткое время проанализировать сотни сахаров и малых молекул, что ускорит открытия в гликобиологии, разработке лекарств и создании биоматериалов», — заключает Уэно.

Исследование опубликовано в журнале Small Structures.