Для некоторых жизненно важных белков в E. coli более вероятен процесс восстановления.

от

Белки должны сворачиваться в определённые формы

Белки должны сворачиваться в трёхмерную структуру, чтобы выполнять свои функции в клетках, но иногда они сворачиваются неправильно, что может помешать их нормальной работе и даже привести к заболеваниям.

Исследование, проведённое учёными из Пенсильванского государственного университета, показало, что в E. coli белки, содержащие широко распространённый структурный трёхмерный паттерн, известный как мотив, более склонны к неправильному сворачиванию, чем белки, у которых его нет.

Команда также обнаружила, что важность белка для выживания клетки влияет на то, насколько сильно системы контроля качества клеток исправляют неправильное сворачивание мотива.

Эволюция белков

В статье, описывающей исследование, учёные предполагают, что жизненно важные белки могли эволюционировать так, чтобы неправильное сворачивание мотива могло быть исправлено другими белками, называемыми шаперонами. Статья опубликована в Nature Communications.

«Чтобы функционировать должным образом, белки должны сворачиваться в трёхмерную структуру», — сказал Ян Ситарик, научный сотрудник Национального центра синтеза Национального научного фонда США (NSF) в Институте возникновения в молекулярных и клеточных науках (NCEMS) при Пенсильванском государственном университете и первый автор исследования.

Нековалентные лассо-запутывания (NCLEs)

До недавнего времени было известно лишь несколько механизмов, через которые белки могли неправильно сворачиваться, но лаборатория учёных недавно выявила новый механизм, связанный с потерей нековалентных лассо-запутываний (NCLEs). Этот мотив присутствует в нативной трёхмерной структуре многих белков.

Белки состоят из длинных цепочек аминокислот, которые затем сворачиваются в петли, спирали и другие трёхмерные структуры. NCLEs возникают, когда один конец цепочки проходит через петлю, образуя запутывание. Многие белки включают NCLEs как часть своей нативной структуры, и они могут неправильно сворачиваться, когда петля закрывается до того, как будет пропущена, или если петля захватывает неправильный конец цепочки или другую часть белка.

Для изучения неправильно свернутых NCLEs исследовательская группа использовала общедоступные данные о структурах сотен белков, собранные отдельной исследовательской группой. Эта группа первоначально сравнила два практически идентичных образца полного протеома E. coli. В одном наборе белки были денатурированы (развёрнуты), а затем им позволили снова свернуться — с возможностью неправильного сворачивания, — в то время как другой набор был оставлен в естественном состоянии.

Результаты исследования

Исследователи обнаружили, что белки с NCLEs в своих нативных структурах были в два раза более склонны к неправильному сворачиванию, а неправильное сворачивание в 40% чаще происходило в месте NCLE в белке.

Учёные также изучили существующие данные, где денатурированные белки были позволены свернуться в присутствии шаперонов, чтобы увидеть, будут ли неправильно свернутые NCLEs исправлены клеточными механизмами контроля качества.

«Мы обнаружили, что неправильное сворачивание нативных NCLEs в белках, которые необходимы бактериям — когда они экспериментально удаляются или разрушаются, бактерии погибают — исправляется шаперонами с более высокой скоростью, чем в случае с несущественными белками», — сказал соавтор Эд О’Брайен, профессор химии, сотрудник Института вычислительных и информационных наук Пенсильванского государственного университета (ICDS) и директор NCEMS.

Это говорит о том, что, возможно, существует механизм, который эволюционировал, чтобы сделать жизненно важные белки с нативными NCLEs более поддающимися ремонту.

Статистический анализ NCLEs между жизненно важными и несущественными белками, по словам О’Брайена, показал, что аминокислоты, которые замыкают петлю NCLEs в жизненно важных белках, имеют тенденцию образовывать более слабые связи, чем аминокислоты в замыканиях петель несущественных белков.

«Эти более слабые замыкания петель могли развиться, чтобы шапероны могли получить доступ к неправильно свернутым NCLEs в этом важном подмножестве белков и исправить их», — сказал Ситарик. «Для несущественных белков не было бы эволюционного давления, чтобы исправить их неправильное сворачивание, поскольку они могли бы, вероятно, сохраняться в неправильно свернутом состоянии, не причиняя слишком большого вреда бактериям».

Исследование является первым высокопроизводительным анализом — изучением сотен белков одновременно — неправильного сворачивания NCLEs, по словам исследователей, которые сказали, что использование существующих данных позволило им более эффективно провести анализ без необходимости тратить время и деньги на дополнительные эксперименты.

«В NCEMS большая часть нашего подхода заключается в работе с междисциплинарными командами для повторного использования общедоступных данных, чтобы получить новые, более глубокие и широкие идеи», — сказал О’Брайен.

«Хотя в этом исследовании использовались данные из E. coli, мы знаем, что этот тип неправильного сворачивания встречается и у других организмов, включая человека. Неправильное сворачивание белков связано с несколькими заболеваниями человека, и мы надеемся, что в конечном итоге изучение NCLEs может привести к лучшему пониманию некоторых из этих заболеваний и, возможно, к новым эффективным методам лечения».

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте