Учёные создали 3D-карту структуры белка ZAK, участвующего в ответе клеток на стресс

от

Учёные из Университета Джонса Хопкинса и Людвиг-Максимилианского университета в Мюнхене (LMU) опубликовали первые детальные 3D-данные о структуре белка ZAK. Этот белок играет важную роль в регуляции ответа клеток на стресс, вызванный различными факторами, включая ультрафиолетовое излучение.

Роль белка ZAK в ответе клеток на стресс

Белок ZAK участвует в обнаружении повреждений в клетке и регуляции ответа на стресс. Структура белка, по словам учёных, демонстрирует молекулярные детали вплоть до атомного уровня примерно трети белка. Это позволило раскрыть механизм активации белка ZAK и определить путь для разработки специализированных методов лечения, направленных на эту сигнальную сеть.

Раachel Green, доктор философии, заслуженный профессор молекулярной биологии и генетики в Университете Джонса Хопкинса, объясняет: «Чтобы разработать лекарства, нацеленные на эти белки, нам нужно понять, как они работают и как взаимодействуют с другими частями клетки».

Результаты исследования

Результаты исследования, опубликованные 19 ноября в журнале Nature, являются результатом более чем двух лет работы учёных из Джонса Хопкинса и LMU. Они определили форму, структуру и действие белка ZAK.

Грин является экспертом в изучении динамики клеточных структур, называемых рибосомами. Рибосомы — это макромолекулярные машины, которые перемещаются вдоль генетического материала, называемого матричной РНК (мРНК), и декодируют его для синтеза белков. Когда клетка повреждена ультрафиолетовым излучением или подвергается различным стрессам, активно транслирующие рибосомы могут останавливаться, нарушая перемещение вдоль мРНК, вызывая столкновения и останавливая движение.

Взаимодействие белка ZAK с рибосомами

«Способ, которым клетка узнаёт о проблеме, — это рибосомы», — говорит Грин. Её команда обнаружила в 2020 году, что столкновения рибосом активируют белок ZAK.

Новые эксперименты были проведены для лучшего понимания того, как белки ZAK «взаимодействуют напрямую с рибосомами, чтобы обнаруживать проблемы с трансляцией белков и сообщать об этом нижестоящим сигнальным факторам», — говорит Вена Хусо, аспирантка в лаборатории Грин и первый автор текущего исследования.

Для новых исследований команда из Джонса Хопкинса использовала культивируемые в лаборатории клетки человека, чтобы изучить динамику сигналов ZAK при столкновениях рибосом. Обычно белки ZAK не являются многочисленными в этих клетках, поэтому Хусо разработала их для перепроизводства инактивированных белков ZAK.

Затем она использовала препарат, который заставляет рибосомы останавливаться на мРНК во время трансляции, чтобы вызвать столкновения рибосом и активировать ZAK. Белок ZAK имел молекулярную метку, которая позволяла учёным получить обогащённый образец активированного белка ZAK, связанного с рибосомами.

С образцами, содержащими активированные белки ZAK, учёные из Джонса Хопкинса работали с коллегами из LMU, чтобы использовать криоэлектронную микроскопию (крио-ЭМ) для визуализации белка и определения 3D-структуры.

Это потребовало двух лет работы и сотен образцов, прежде чем Хусо получила сообщение от аспирантки LMU и соавтора-первопроходца Шуаншуан Ниу о том, что она может получить многообещающий результат крио-ЭМ, который выявил около трети структуры белка ZAK. Позже главный исследователь мюнхенской лаборатории Роланд Бекманн подтвердил это открытие вместе с Грин.

Структура белка ZAK

Изучая последовательность белка и предсказанные структурные элементы, Грин и её команда обнаружили, что более половины ZAK, по прогнозам, будет неструктурированной, «как спагетти». Другие части выглядели более структурированными. Белок может плавать по клетке, а «спагетти»-конец действует как щупальце, чтобы цепляться за столкнувшиеся рибосомы. Две половины ZAK образуют мост, который соединяет две столкнувшиеся рибосомы.

Исследование Грин и Хусо выявило множественные специфические взаимодействия белка ZAK с рибосомой. Они обнаружили, что так называемый С-конец белка ZAK связывается с рибосомой независимо от её состояния столкновения и взаимодействует со специфическими участками рРНК рибосомы, известными как сегменты расширения.

Грин говорит, что новые данные о работе белка ZAK могут способствовать пониманию других киназных белков, таких как ZAK. Киназы — это белки, которые добавляют химические группы к другим белкам, действуя как переключатели включения и выключения. Большинство лекарств, нацеленных на киназы, связываются с местом, которое вызывает побочные эффекты.

«Теперь мы знаем больше о составе этих специализированных сайтов в белке ZAK и можем быть более конкретными в разработке лекарств, нацеленных на него», — говорит Грин.

Исследовательская группа планирует получить более полное представление о структуре белка ZAK, чтобы глубже понять, как он активируется, и выяснить, что делает ZAK, когда он не связан со столкнувшейся рибосомой.

Предоставлено Университетом Джонса Хопкинса.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте