Совместная исследовательская группа успешно разработала дизайнерские ферменты, которые обладают как внутренними, так и внешними функциями, путём трансплантации синтетического трёхъядерного цинкового центра в человеческий цитокин.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications. Руководил исследовательской группой доцент Ясунори Окамото из Исследовательского центра по изучению жизни и живых систем (ExCELLS) и Института молекулярной науки (IMS).
Исследователи нацелились на человеческий фактор, ингибирующий миграцию макрофагов (MIF) — цитокин с тримерной структурой, содержащий центральную полость, идеально подходящую для установки синтетического трёхъядерного цинкового центра. Чтобы точно расположить несколько ионов металлов внутри белка, исследовательская группа объединила алгоритмы геометрического поиска и квантово-химические расчёты.
Используя систематический вычислительный геометрический поиск, команда определила оптимальные расположения аминокислот, способные стабильно поддерживать трёхъядерные цинковые центры. Расчёты с использованием теории функционала плотности (DFT) дополнительно сузили круг потенциальных кандидатов.
Рентгеноструктурный анализ успешно подтвердил формирование трёхъядерных цинковых структур в соответствии с планом. Полученный дизайнерский фермент продемонстрировал высочайшую гидролитическую активность среди дизайнерских металлоферментов, о которых сообщалось на сегодняшний день. Примечательно, что дизайнерский фермент сохранил исходную таутомерную активность MIF, достигнув двойной функциональности.
Это исследование даёт представление о разработке металлоферментов, обладающих многоядерным металлическим центром, которые обычно встречаются в природных металлоферментах, катализирующих сложные химические превращения. Это может привести к созданию экологически чистых технологий химических превращений.
Кроме того, поскольку цитокины являются молекулами, передающими сигналы и участвующими в различных биологических явлениях, этот дизайнерский фермент на основе цитокинов может стать химическим инструментом, реагирующим на жизненные явления.
Предоставлено: Национальные институты естественных наук.