Химики выяснили, как увидеть мембранные рецепторы в разных состояниях

Биофизики из МФТИ выяснили, как увидеть мембранные рецепторы в разных состояниях. Детальная информация о структуре и динамике таких белков позволит создавать эффективные и безопасные лекарства от многих заболеваний.Исследование опубликовано в журнале Current Opinion in Structural Biology.

Одной из разновидностей мембранных рецепторов являются рецепторы, сопряжённые с G-белком (GPCR – G-protein-coupled receptors). В основе структуры всех представителей данного семейства лежат семь спиралей, пронизывающих плазматическую мембрану. Внутри клетки с таким рецептором связывается G-белок. При взаимодействии сигнальной молекулы с рецептором происходит изменение трёхмерной структуры (конформации) рецептора, что приводит к активации G-белка. Активированный G-белок, в свою очередь, запускает сигнальный каскад внутри клетки, который приводит к ответу на сигнал.

Общий вид GPCR, связанного с G-белком

Анастасия Гусач

Мембранные белки семейства GPCR оказались виновниками множества нейродегенеративных, сердечно-сосудистых заболеваний и некоторых видов рака. Также показано участие GPCR-белков в развитии ожирения, диабета, психических заболеваний и многих других патологий. По этой причине рецепторы семейства GPCR стали мишенями для лекарств, позволяющих бороться с болезнями. Значительная доля лекарственных препаратов, присутствующих сейчас на фармацевтическом рынке, воздействуют именно на рецепторы данного семейства.

Основные рецепторы семейства GPCR, связанные с заболеваниями.

Анастасия Гусач

Один из современных подходов в разработке лекарств основан на исследовании трёхмерной структуры молекул GPCR. Но в случае мембранных рецепторов, их применение представляет собой долгий и крайне трудоёмкий процесс. И даже в случае успеха, полученные данные не отражают всей картины поведения молекулы в клетке.

«Перед учеными сейчас стоит выбор: "заморозить" белок в одном состоянии и получить точный "моментальный снимок", либо же увидеть его в динамике, но "размыто". В первом случае используется кристаллография или криоэлектронная микроскопия, во втором - спектроскопические методы», — комментирует Анастасия Гусач, научный сотрудник лаборатории структурной биологии рецепторов, сопряжённых с G белком МФТИ.

Авторы работы показали, как, скомбинировав два подхода, структурный и спектроскопический, получить наиболее точную информацию о механизмах работы белков семейства GPCR (Рис. 3). Так методы электронного парамагнитного резонанса (DEER) и Фёрстеровского резонансного переноса энергии (FRET) выступают в роли “атомной линейки”, обеспечивая точные измерения расстояния между отдельными атомами и их группами в белке. Метод ядерного магнитного резонанса (NMR) позволяет увидеть общую форму молекулы рецептора, а модифицированные методы масс-спектрометрии (HRF-MS, HDX-MS) - проследить доступность отдельных групп атомов белка для растворителя, понять, какие части молекулы экспонированы наружу.

«Для исследования динамики работы GPCR рецепторов используются самые современные экспериментальные биофизические методы исследований - спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР), спектроскопия электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и методы продвинутой флуоресцентной микроскопии, в том числе микроскопии одиночных молекул», — говорит Алексей Мишин, заместитель руководителя лаборатории структурной биологии рецепторов, сопряжённых с G-белком МФТИ.

«Биофизики, изучающие работу GPCR с помощью различных методов, сейчас все больше сотрудничают, организуя большие и продуктивные коллаборации. Мы надеемся, что этот обзор позволит различным специалистам в своих методах найти больше точек соприкосновения и в итоге получить более полное представление о жизни рецепторов», — дополняет Анастасия Гусач.

Последовательность процессов, происходящих при активации рецептора семейства GPCR.

Анастасия Гусач

Полученная подробная информация о “жизни” мембранных рецепторов GPCR, об их переходах между различными состояниями с атомной точностью существенно расширяет возможности для рационального дизайна лекарств (Structure-Based Drug Design).

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Российского научного фонда.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.