Международный коллектив исследователей с участием ученых из МФТИ показал, что давно известный в структурной биологии метод «йодного фазирования» может служить простым, быстрым и, главное, универсальным инструментом при определении структуры мембранных белков методами кристаллографии. Результаты их исследования опубликованы в майском номере Science Advances.
Фото: МФТИ
Знание трехмерной структуры белка позволяет понять, как он работает, что особенно важно знать при моделировании молекул лекарств на компьютере, а затем и их синтезе. Ведь на взаимодействии лекарственных препаратов с белками в мембране (оболочке) клеток основан принцип действия современных таргетированных препаратов и средств их доставки к нужной клетке.
Изучают структуру белков в основном методом рентгеновской кристаллографии, который позволяет узнать строение биологических молекул с точностью до ангстрема, то есть практически до атома. Но рентгеноструктурный анализ не всегда дает нужную четкость дифракционной картинки. Усилить ее способна аномальная дифракция, которую создают более тяжелые химические элементы, чем входящие в состав белков. Но эти тяжелые элементы должны гарантированно и прочно связаться с молекулами белка в его кристалле, чтобы давать сильный дифракционный сигнал. Часто подбор правильного элемента требует много времени и тратит много ценных белковых кристаллов (белок перед рентгеноструктурным анализом кристаллизуют).
Исследователи выбрали йод. Это связано с характерной особенностью мембранных белков. Они устроены так, что на границе «мембрана—раствор» все белки несут положительный заряд, который компенсирует отрицательно заряженную поверхность мембраны. Ионы йода прикрепляются к мембране именно там, где сконцентрирован выгодный для йода положительный заряд, нейтрализующий отрицательный заряд на поверхности мембраны. Иными словами, йод прочно «садится» на белок, гарантируя успех последующего дифракционного анализа кристалла белка.
«В своей работе мы показали успешное решение структуры четырех уже известных белков из разных организмов: светочувствительной натриевой помпы из морской бактерии Krokinobacter eikastus, мембранного белка из кишечной палочки, аденозинового рецептора человека и протонной помпы из морской бактерии Marine Actinobacterial Clade»,— говорит один из авторов исследования Игорь Мельников. По его словам, по сравнению с бромом, который иногда используют для решения фазовой проблемы, йод надежнее связывается с белком и гарантирует решение фазовой проблемы. А главное, похоже, что йод одинаково взаимодействует со всеми мембранными белками.
Метод прост, быстр и универсален, что, собственно, и требуется исследователям мембранных белков во всех лабораториях мира.
Дмитрий Воронин