Лента TH Новости Биоинженерия



Большой лазер и маленький фермент

∴ 270

Как ядерная установка способна спасти человечество?

1302

Пресенилин, общий фермент, который разделяет длинные блоки белков на короткие фрагменты. Этот фермент находится в мембранных пространствах, которые крайне сложно исследовать. В новом исследовании, ученые из Технологического института Джорджии и Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL) смогли уловить и облучить пресенилин, используя нейтронный луч, созданный самым мощным исследовательским ядерным лазером в мире.

Одна треть нашего генома работает на то, чтобы кодировать интрамембранные белки. Некоторые из них огромны и обладают сверхсложной биохимией.Ракель Либерман, доцент кафедры химии и биохимии Технологического института Джорджии.

Фермент пресенилин, в частности, представляет собой интрамембранную протеазу. Всего существует 4 класса данного вещества. Главные его функции: сигнальная и защитная при попадании инфекции, а также функция дифференциации и развития клеток.

Если 2 последние функции работают с ошибками, это может вызвать рак.

Теперь, исследователи получили образец «двоюродного брата» пресенилина. Фермент был обнаружен в микробах-М. Их полное название: marisnigri intramembrane aspartyl protease или MmIAP. В данном тексте, мы будем использовать названия пресенилин и MmIAP как обозначения одного фермента, для простоты изложения.

Измерение производилось при низком разрешении, но было выявлено достаточно информации. В частности, структура фермента оказалась намного проще, чем предполагалось. И это порядком удивило ученых.

Исследование показало, что это мономер. Мы ожидали увидеть димер или триммер. Но по сути, это одна цепочка, свернутая в спираль (как половина ДНК).Ракель Либерман, доцент кафедры химии и биохимии Технологического института Джорджии.

Пресенилин (MmIAP) обладает двумя химическими ножами, аспартатами, которые надежно режут пептиды, субъединицы, которые формируют белки. И второе исследование, проведенное теми же исследователями, освещает, как работает механизм расщепления.

Пептидный потрошитель

Пресенилин может расчленять пептиды на строительные блоки, полезные для его собственных клеток. Или уничтожить плохие пептидные фрагменты, которые формируют амилоидные бляшки (одна из причин развития болезни Альцгеймера). Также пресенилин может помочь в борьбе с вирусами гепатита С, уничтожая зараженные клетки.

Понимание того, как работает пресенилин, может однажды оказаться полезным для медицинских исследований.

Если бы вы могли найти способ выборочно вмешаться в его работу, вы бы могли остановить распространение гепатита С в организме.Ракель Либерман, доцент кафедры химии и биохимии Технологического института Джорджии.

Исследователи во главе с Либерманом и ученым-исследователем нейтронов Фолькером Урбанном из ORNL опубликовали результаты эксперимента по нейтронному облучению.

Боятся ли они воды?

Ученые воспользовались изотопным реактором высокого потока (HFIR), чтобы осветить пресенилин (MmIAP).

Нейтронные пучки HFIR охлаждались до минус 253 градуса Цельсия, чтобы замедлить ток нейтронов. Только тогда нейтроны смогли передать молекулярные особенности биологических образцов.

Пресенилин и другие интрамембранные белки не просто так заставляют идти на столь крайние меры. Эти белки живут в липидной среде и не взаимодействуют с водой, а это большая проблема для исследователей.

Когда у вас есть гидрофобные белки, которые не растворимы в воде, у вас проблемы. Обычные методы их анализа становятся очень, очень трудными, если не невозможными. Вы буквально лишены инструментов, для изучения белковой структуры.Ракель Либерман, доцент кафедры химии и биохимии Технологического института Джорджии.

Форма обуславливает функционал

Конечо исследователи пытались использовать классические методы, но их ждал провал. Нейтронная пушка дала более четкую картину.

Образцы пресенилина (MmIAP), исследованные в HFIR, содержались в специальном растворе, толерантном к гидрофобному белку.

В нормальных условиях, эти вещества ограничены мембраной липидных клеток, где нет воды. Поскольку для гидролиза требуется вода, она должна поступать извне мембраны. Но как это происходит, это еще одна загадка.Ракель Либерман, доцент кафедры химии и биохимии Технологического института Джорджии.

Надежность и детализация

Точность и детализация, с которой ферменты способны расщеплять пептиды, впечатлили исследователей.

Когда мы использовали смоделиованный синтетический пептид, он был расщеплен ферментом крайне быстро и точно. Когда мы перешли на естественный биологический материал, он тоже был расщеплен крайне точно.Ракель Либерман, доцент кафедры химии и биохимии Технологического института Джорджии.

Исследователи прогнали пресенилин через различные мутации, которые практически не влияли на его способности расщепления. Это может означать, что его базовое функционирование почти не подвержено генетическому вмешательству.

Необходимо провести дополнительные исследования, чтобы объяснить природу этого процесса. Если его способности подтвердятся, и их можно будет контролировать, то мы получим работающий препарат, способный уничтожить болезнь Альцгеймера. И не только.

Филипп Дончев