ИТЭБ 
 
  Новости
  Пресс-релизы
  Конференции ИТЭБ
  Научные сборники
  История
  Структура
  Научные направления
  Основные достижения
  Диссертационный совет
  Ученый совет
  Совет молодых ученых
  Научно-образовательный центр
  Наукоемное производство
  Научные школы
  Нормативные документы
  Библиотеки
  Телефоны

Ученые из Пущино разгадывают тайны зеркальных белков

Ученые ИТЭБ РАН из подмосковного Пущино, смогли прояснить некоторые фундаментальные вопросы, касающиеся необычных и интересных объектов исследования, все чаще используемых в биотехнологиях – ретро-форм белков. Результаты их работы, посвященной изучению эндолизина бактериофага Т5 и его ретро-формы, опубликованы в недавнем выпуске журнала Biochimica et Biophisica Acta. Эндолизин бактериофага Т5 в присутствии антисептиков активно губит болезнетворные бактерии, что ранее продемонстрировал коллектив ученых из Пущино, соавторами которых являются сотрудники Лаборатории ЯМР-исследований биосистем. Поэтому все исследования, которые могут помочь медицине лечить пациентов без антибиотиков весьма перспективны.

Последние 20 лет многие ученые в разных странах занимаются исследованием ретро-форм различных белков. Ретро-форма белка – это белок, состоящий из того же самого набора аминокислот, но только собранного в обратной последовательности. Однако каждый белок – это не просто цепочка из определенных аминокислот. С помощью водородных связей происходит упорядочивание фрагментов полипептидной цепи, с образованием либо ?-спиралей, либо складчатых слоев ?-структуры, при этом формируя вторичную структуру белка. В свою очередь, эти спирали и слои укладываются в пространстве определенным образом, стабилизируясь различными типами взаимодействий, в которых гидрофобные взаимодействия играют важнейшую роль. Только те белки, которые имеют «правильную» укладку (третичную структуру), способны выполнять свою биологическую функцию. Первоначальная идея, для которой создавались ретро-формы белков, состояла в том, что ретро-формы белков смогут правильно сворачиваться, но при этом будут иметь противоположную хиральность (термин основан на древнегреческом названии наиболее узнаваемого хирального предмета — руки. Так, левая и правая руки являются зеркальными отражениями, но не могут быть совмещены друг с другом в пространстве). Перспектива использования таких ретро-белков, например, в качестве лекарственных препаратов, представлялась весьма многообещающей. Например, многие лекарственные препараты, созданные на основе обычных белков, организм пациента воспринимает как чужеродные агенты, и начинает бороться не только с болезнью, но и с лекарством. Если же использовать для этих целей ретро-форму белков, из-за того, что они свернуты зеркально, организм не «узнает» их. В этом случае иммунитет не будет уничтожать такие вещества, и они смогут помочь организму справиться с болезнью. Но попытка «обмануть» иммунную систему с помощью ретро-форм не удалась. Выяснилось, что подобные белки не способны приобретать третичную структуру, или проще говоря, сворачиваться. А это означает, что они не могут и фунционировать, так как это от них ожидалось.

Сотрудники Лаборатории ЯМР-исследований биосистем Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН объяснили причину, по которой ретро-формы белков не могут сворачиваться. В своей новой публикации они смогли описать этот интереснейший феномен. Используя ЯМР спектроскопию высокого разрешения, исследователи провели сравнительный анализ внутримолекулярной динамики исходного белка эндолизина бактериофага Т5 и его ретро-формы. Известно, что для сворачивания белка необходим гидрофобный коллапс, который и дает первоначальный толчок для правильной укладки белка, сближая его аминокислотные остатки. Если же степени свободы боковых цепей аминокислотных остатков недостаточны, гидрофобный коллапс произойти не может, что и происходит в ретро-формах белковых молекул. Чтобы белок свернулся, нужно чтобы коллапсированное ядро приобрело некоторый минимальный, критический размер, чтобы начли эффективно работать гидрофобные взаимодействия, и тогда бы белок свернулся как это происходит с нативной молекулой.

В настоящее время есть исследования посвященные ретро-формам белков, но направленность таких исследований более технологическая, - рассказывает заведующий лабораторией, доктор физико-математических наук Кутышенко Виктор Павлович. При этом чисто академический интерес ушел на второй план. Но вопрос, по какой причине одно и то же количество и качество аминокислот, составляющие полипептидную цепь, становятся совершенно разными, если обратить их последовательность, остается интригующим. Мы показываем, что внутримолекулярная динамика исходного белка и его ретро-формы совершенно различна и возможно именно это является тормозом для сворачивания белка.

В своих дальнейших работах, посвященных изучению такого перспективного антибактериального агента как эндолизин бактериофага Т5, авторы исследования возлагают большие надежды на разработку способов адресной доставки лекарственного средства к месту активности микроорганизмов.

Работа поддержана грантом РФФИ, № 14-44-03573 и грантом правительства Московской области.

Источник: Kutyshenko VP, Mikoulinskaia GV, Molochkov NV, Prokhorov DA, Taran SA, Uversky VN. Structure and dynamics of the retro-form of the bacteriophage T5 endolysin. Biochim Biophys Acta. 2016 Oct;1864(10):1281-91. doi: 10.1016/j.bbapap.2016.06.018.

Материал подготовила пресс-секретарь ИТЭБ РАН Татьяна Перевязова (iteb-press@yandex.ru)

На рисунке представлена молекула эндолезина Т5, содержащего ион цинка. Этот белок является исходной формой для ретро-эндолизина. Трехмерная структура получена в лаборатории