Способ движения белка важнее его структуры

Ученые из Исследовательского института Скриппса (США) смогли доказать, что на протяжении сотен миллионов лет эволюции белков куда большее значение имело то, как они двигаются, а не как изменялась их молекулярная структура. Данное открытие важно не только для понимания эволюции белков, но также необходимо для разработки антибиотиков и других лекарственных средств.

По большому счету, белок – это механизм, который характеризуется особым типом строения и способом передвижения. Ученые давно знают, что развитие белка происходит за счет его структурных изменений, однако открытие того, что способ движения белка является не менее важным, стало настоящей бомбой.

Изучение фермента DHFR позволило ученым увидеть, что способ движения белков порой важнее, чем их молекулярная структура

В своем исследовании ученые из института Скриппса изучали фермент дигидрофолат-редуктаза (DHFR) , который находится почти во всех живых организмах и необходим для синтеза ДНК. DHFR также частая мишень для разного типа лекарств, включая антибиотики, противораковые и противомалярийные препараты. Ученые заинтересовались получением дополнительной информации о DHFR, чтобы избежать возникновения устойчивости к лекарствам.

В исследовании, опубликованном в 2011 году, ученые показали, что движения DHFR-фермента в кишечной бактерии E.coli, имеют решающее значение для его каталитической функции. В новом исследовании ученые проанализировали и сравнили динамику фермента DHFR кишечной палочки и фермента DHFR человека. Несмотря на то, что эволюционные пути человека и бактерии были разными, у названного фермента сохранена очень похожая атомная структура.

Команда исследователей применяла различные методы для тщательного изучения двух вариантов фермента, в том числе рентгеновскую кристаллографию и ядерный магнитный резонанс, анализ аминокислотных последовательностей DHFR и оценку функции фермента в живых клетках и в пробирке в различных условиях.

Кроме того, был рассмотрены другие разновидности фермента DHFR, отличные от того, что есть у человека и кишечной палочки, чтобы получить более полное представление о пути эволюции ферментов к высшим организмам. Ученые и представить не могли, насколько различными окажутся способы движения белков в разных организмах. Так, в кишечной палочке фермент DHFR использует относительно протяженные движения гибких аминокислотных петель. Человеческий фермент двигается совершенно иначе – движения можно сравнить с формой раковины моллюска, спиралевидные, с завихрениями. Разность в типе движения, как считают ученые, связана с тем, что ферментам приходилось выживать в разных средах. В итоге человеческий DHFR настолько хорошо настроен для работы в клетках человека, что не может работать должным образом в клетках кишечной палочки E.coli.

Ученые намерены продолжить исследования по изучению способов движения фермента DHFR и надеются выявить всю последовательность мутаций, которая привела к дифференциации DHFR от простейших бактерий до человека. Эволюционная история должна помочь ученым понять, как изменения DHFR приводят к устойчивости белков к лекарствам. Располагая данными о том, что DHFR человека отличается от фермента других млекопитающих, а также бактерий, можно будет начать разработку анти- DHFR препаратов, которые будут действовать точнее и снизят побочные эффекты.