В МФТИ смогли собрать структуру большого мембранного белка, словно мозаику

Для того, чтобы реагировать на внешние стимулы, такие как свет, бактерии и археи используют двухкомпонентные сигнальные системы, в частности, мембранный белковый комплекс сенсорного родопсина 2 и белка-трансдьюсера. Этот комплекс оказался удобным для науки: на его примере отрабатываются методики структурных исследований. Это позволяет разработать методы, которые потом смогут применяться ко всевозможным мембранным белкам, в том числе и тем, что являются целями медицинских препаратов.

Одним из методов структурных исследований является малоугловое рассеяние. Он позволяет получать структурные параметры различных белков. Однако обычно этот метод применяется только для рассмотрения водорастворимых белков, тогда как мембранные белки с помощью него охарактеризовать сложно. Это связано с тем, что малоугловое рассеяние позволяет получить только структуры низкого разрешения. Поэтому в ходе исследования большого белкового комплекса учёные использовали комбинацию: добавили к структурам высокого разрешения данные, полученные через малоугловое рассеяние.

Это позволило соединить части комплекса и собрать его трёхмерную модель, словно мозаику. Далее посредством молекулярного моделирования исследователи получили полноразмерную модель белка в высоком разрешении. Учёные были удивлены, что структуру комплекса в высоком разрешении можно получить посредством низкого разрешения. И ещё более удивительным оказалось то, что поначалу полученная структура была неправильной.

Как поясняют учёные, в природе мембранные белки окружены липидами. При изучении образцы белков проходят стадию солюбилизации. При этом процессе мембранная часть белковых комплексов окружается молекулами поверхностно-активных веществ.

«Сформированный таким образом детергентный пояс, с одной стороны, стабилизирует белковые комплексы в растворе, не дает им слипнуться друг с другом и выпасть в осадок. Однако, с другой стороны, он же вносит существенный вклад в картину рассеяния, достаточно сильный для того, чтобы получить совершенно неправильную модель работы белкового комплекса, если не учитывать этот детергентный пояс», — комментирует Юрий Рижиков, сотрудник Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ.

Именно это и произошло в начале исследования. Однако затем учёные учли роль детергентного пояса и поняли, что он значительно повлиял на интерпретацию результатов. В итоге специалистам всё же удалось получить верную модель высокого разрешения для большого белкового комплекса.

«Модель высокого разрешения большого мембранного белкового комплекса была получена благодаря совместному использованию мощнейших методов структурных исследований: малоугловому рентгеновскому и нейтронному рассеянию. Сочетание этих методов с методами молекулярного моделирования позволило получить совершенно новую модель высокого разрешения для двухкомпонентного сигнального белкового комплекса», — резюмирует Александр Куклин, руководитель исследования, ведущий научный сотрудник Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ.

Фото: МФТИ