Российские учёные создали методику трехмерного фотографирования больших мембранных белков

Изучать их с помощью рентгеновского кристаллографа или криоэлектронного микроскопа очень сложно.

Российские ученые разработали методику, позволяющую получать точные трехмерные изображения сложных мембранных белков, которые крайне тяжело изучать при помощи рентгеновских кристаллографов или криоэлектронных микроскопов. Результаты исследования опубликовал научный журнал Acta Crystallographica Section D, кратко об этом пишет пресс-служба МФТИ.

«Исследователи разработали методику получения трехмерной структуры для больших мембранных белковых комплексов методами малоуглового рассеяния рентгеновских лучей и нейтронов. Это позволит лучше понимать их функцию и контролировать их работу, что крайне важно при разработке новых лекарственных препаратов», — говорится в сообщении.

Многие из белков в человеческих клетках встроены в различные клеточные мембраны, откуда их крайне сложно извлечь, не повредив их структуры. По этой причине биологи используют нанодиски из жировых молекул, похожие по структуре на мембрану клетки, для сборки таких белков и изучения их формы. Данный способ работает только для относительно небольших молекул, чья структура не искажается при их «упаковке» в нанодиск.

Группа российских исследователей под руководством Валентина Горделия из Центра исследования молекулярных механизмов старения МФТИ разработала методику, которая позволяет получать трехмерные изображения даже для очень больших мембранных белковых комплексов, состоящих из нескольких сложных молекул.

Как выяснили ученые, точную трехмерную форму сложных белковых молекул можно определить, если разбить их на несколько частей и получить их изображения при помощи методики малоуглового рассеяния рентгеновских лучей и нейтронов. В ее рамках ученые облучают изучаемую молекулу при помощи пучков рентгеновских фотонов и нейтронов и наблюдают за тем, как эти частицы рассеиваются при столкновениях с атомами в молекулах белка.

В большинстве случаев подобные замеры позволяют определить лишь приблизительную форму молекулы. Валентин Горделий и его коллеги обнаружили, что эти данные в комбинации с некоторыми высокоточными замерами и результатами компьютерных расчетов, можно использовать и для реконструкции полной формы трехмерной молекулы мембранного белка и изучения ее взаимодействий с другими белками и веществами.

Работу этой методики российские исследователи проверили на светочувствительном белке-родопсине NpSRII, который встроен в мембраны бактерий вида Natronomonas Pharaonic. Эта молекула способна улавливать вспышки синего света и взаимодействовать с другими белками, которые заставляют микробов двигаться в сторону от источника излучения для защиты бактерий от действия ультрафиолетового излучения Солнца.

Российским ученым удалось успешно воспроизвести точную структуру бактериального родопсина и проследить за тем, как он взаимодействует с другими белками. Это подтвердило работоспособность новой методики реконструкции трехмерной формы белковых молекул, что открывает дорогу для ее применения в научной практике, подытожили Валентин Горделий и его коллеги.