Опубликовано 11 ноября 2022, 17:47
3 мин.

Структура белка из шелкопряда помогла российским биотехнологам узнать больше для защиты зрения человека

Структура белка из шелкопряда помогла российским биотехнологам узнать больше для защиты зрения человека

Транспортный белок STARD3 способствует накоплению каротиноидов в сетчатке человеческого глаза. Именно они работают в так называемом «желтом пятне» сетчатки, защищая ее от окислительного стресса и дегенерации. У беспозвоночных — например, у тутового шелкопряда Bombyx mori, — есть белки с похожими функциями и, предположительно, сходной структурой. У этих насекомых белок BmCBP, очень похожий на STARD3, отвечает за накопление каротиноидов и окраску шелка. Однако то, какую трехмерную форму принимает этот белок для выполнения своей функции, было неизвестно. Биологи из ФИЦ Биотехнологии РАН вместе с коллегами из Москвы, Минска и Берлина исследовали белок BmCBP при помощи кристаллографии и выяснили его структурные особенности и механизм связывания каротиноидов. Результаты опубликованы в престижном научном журнале Structure. Исследование проводилось при поддержке национального проекта «Наука и университеты».

Семейство стероидогенных регуляторных белков (steroidogenic acute regulatory lipid transfer или START) отвечает за транспортировку различных гидрофобных (нерастворимых в воде) субстанций между разными тканями, клетками и частями клеток эукариот. У людей есть 15 белков из этого семейства, различающихся по специализации: одни переносят желчные кислоты, другие — различные стероидные гормоны, третьи — каротиноиды или другие молекулы. В структуре каждого такого белка образует специальная полость, внутри которой связывается молекула липида (жироподобного вещества). Минимальный фрагмент этого белка, который может выполнять эту функцию, называется START-домен, или STARD. В зависимости от репертуара связываемых липидов START белки получили разную нумерацию (от 1 до 15). По строению полости у белков START отличаются, что и определяет, какие липиды с ними будут связываться. Ученые ФИЦ Биотехнологии РАН детально сравнили структуру белка STARD3 и родственного ему белка BmCBP из тутового шелкопряда.

«Мы определили пространственную структуру белка BmCBP у тутового шелкопряда с высоким разрешением. Этот белок связывает и переносит каротиноиды, что определяет окраску шелка — а мы знаем, что шелководству более 4000 лет. Но каротиноиды не менее важны и для здоровья человека, потому что они обладают антиоксидантными свойствами. Теоретически, данный белок можно использовать для адресной доставки антиоксидантов. Это помогло бы бороться с окислительным стрессом в клетках — а ведь именно он, например, вызывает возрастную дегенерацию сетчатки», — отмечает ведущий автор статьи Николай Случанко, доктор биологических наук, руководитель группы «Белок-белковые взаимодействия» ФИЦ Биотехнологии РАН.

Каротиноиды играют большую роль в зрении человека, помогая защищать сетчатку от ультрафиолета и фотоповреждения, которые с возрастом могут вызвать ее дегенерацию. Если этих соединений не хватает в пище, зрение человека может ухудшиться. Именно поэтому полезно есть богатые каротиноидами продукты — например, ягоды, фрукты и зеленые овощи. Ученые показали, что белок BmCBP способен связывать каротиноиды различной природы, в том числе зеаксантин, лютеин, кантаксантин, астаксантин и другие, которые особенно важны для здоровья человека. С помощью направленного введения мутаций было показано, какие аминокислотные остатки белка BmCBP определяют его способность связывать каротиноиды, а также было обнаружено, что BmCBP гораздо более эффективен по части связывания каротиноидов, чем белок STARD3 человека.

Летом этого года та же группа ученых опубликовала статью, в которой была показана возможность получения функционального комплекса белка BmCBP с каротиноидами непосредственно в клетках кишечной палочки. Такое открытие позволяет получать физиологически активные формы каротиноидов в комплексе с водорастворимым белком BmCBP в клетках E.coli в биотехнологических масштабах.

«Наши данные объясняют молекулярный механизм захвата и доставки каротиноидов белками START семейства. Мы узнали больше о том, какие типы каротиноидов и за счет чего переносят эти белки. Это не только расширяет наши фундаментальные знания о мире, но открывает и новые возможности для биотехнологического производства и биомедицинского применения этих белков, в том числе для лечения различных заболеваний в долгосрочной перспективе», — заключил Николай Случанко.

Автор:Indicator.Ru