Рентгеновский лазер позволяет по-новому взглянуть на движение белков внутри клеток

от

Исследователи из Европейской рентгеновской лазерной установки (European XFEL) детально наблюдали, как жизненно важный белок ферритин перемещается в высокоплотной среде — это имеет значение для медицины и нанотехнологий.

Внутри биологических клеток происходит плотная толпа, где миллионы белков движутся бок о бок, сталкиваются друг с другом или временно накапливаются. В то же время этим белкам часто приходится выполнять важные задачи в короткие сроки. Как именно белки движутся в ограниченном пространстве, до сих пор было трудно отследить.

Международная исследовательская группа под руководством Аните Джирелли и Фивоса Перакиса из Стокгольмского университета использовала рентгеновский лазер European XFEL в Шенфельде близ Гамбурга, чтобы поближе рассмотреть эти движения — и обнаружила удивительную закономерность. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.

Эксперименты были сосредоточены на ферритине — сферическом белке, который хранит железо и присутствует почти во всех живых организмах.

При исследовании в высоких концентрациях ферритин демонстрирует необычное поведение: вместо равномерного и хаотичного движения (как при классическом броуновском движении) он многократно оказывается в своего рода молекулярной клетке: окружённый соседними белками, на короткое время он блокируется, прежде чем снова освободится и сможет двигаться дальше.

Чтобы визуализировать эти крошечные движения, команда использовала новую технику: мегагерцовую рентгеновскую фотонную корреляционную спектроскопию (MHz-XPCS). «С помощью чрезвычайно быстрых рентгеновских вспышек от European XFEL мы можем измерить, как белки движутся всего за миллионную долю секунды», — объясняет Йоханнес Мёллер, учёный из Института визуализации материалов и динамики (MID) в European XFEL.

Исследование закрывает пробел между устоявшимися методами, такими как светорассеяние или ядерный магнитный резонанс, которые также могут измерять движение белков, но не с такой точностью и скоростью.

Наблюдения показывают, что чем плотнее среда, тем более выраженным становится явление «клетки». «Белки не просто движутся медленнее, а сложным образом, который необычно ограничен», — говорит Джирелли, руководитель этого исследования. «Эти результаты актуальны не только для фундаментальных исследований. Они также могут помочь в разработке новых биомедицинских приложений», — добавляет её коллега Перакис.

Ферритин уже исследуется в области доставки лекарств, где лекарства могут быть упакованы внутри белка, чтобы задержать их высвобождение в организме. Скорость распространения и диффузии белков напрямую влияет на их эффективность. Обсуждаются и другие применения ферритина, например, в качестве контрастного вещества для магнитно-резонансной томографии (МРТ) или в качестве строительных блоков для наноматериалов.

«С помощью European XFEL мы смогли отследить коллективные движения белков более точно, чем когда-либо прежде», — говорит Джирелли. Это не только помогает лучше понять основы биологических процессов, но и открывает новые перспективы для медицинских применений.

Исследование было проведено в рамках долгосрочного проекта на установке MID. В нём участвовали университеты Зигена и Тюбингена, Технический университет Дортмунда, Европейский источник синхротронного излучения (ESRF) и Институт Лауэ-Ланжевена (ILL) в Гренобле, а также Немецкий электронно-синхротронный центр (DESY) в Гамбурге.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте