Биологи запечатлели мимолетный процесс формирования белка

Структурные биологи впервые получили трехмерный снимок критического, но мимолетного процесса.

Этот процесс тысячи раз в секунду происходит в каждой клетке нашего организма. Результаты исследования, проведенного учеными из университета Райса и медицинского колледжа Бэйлора, опубликованы в издании Cell Reports и могут оказаться полезными в лечении рака и других болезней.

Биологический «стоп-кадр» показал начальный шаг формирования актина — прочного нитевидного волокна, которое жизненно важно для людей. Актиновые нити помогают клеткам поддерживать свою форму. Нити под названием F-актин также играют ключевые роли в мышечном сокращении, делении клеток и других критических процессах.

«Одно из основных различий между злокачественными и здоровыми клетками — их форма», сказал соавтор исследования, профессор Цзян Пенг Ма. „Наблюдается корреляция между здоровой формой и хорошо отрегулированным клеточным ростом, и раковые клетки часто выглядят уродливо по сравнению со здоровыми клетками“.

F-актин был открыт в 1887 году, но, несмотря на более чем 18000 связанных с актином исследований в научной литературе, биологи все еще пытаются открыть некоторые из его тайн. Например, F-актин — полимер, состоящий из множества меньших белков под названием мономеры. Эти стандартные блоки под названием G-актин собираются вместе, чтобы сформировать F-актин. Процесс сборки настолько эффективен, что ученым не удавалось увидеть, что происходит, когда объединяются первые два или три мономера для формирования ядра нити. Нити F-актина в клетках постоянно выстраиваются, разъединяются и восстанавливаются.

В 2008 году Ма и аспирант Цяо Рю Чен применили рентгеноскопическую кристаллографию, чтобы определить структуру ядра актина. Любые начальные попытки терпели неудачу, и в итоге ученые пришли к мысли о создании двух мутантных версий G-актина, которые способны образовывать ядро, но при этом не полимеризируются.

Исходный G-актин соединяется с одним соседним мономером сверху, и с одним снизу, а полученный образец является ключевым в формировании длинных полимеров F-актина. Чтобы ускорить процесс образования ядра без полимеризации, Чен создал две мутантные версии G-актина, каждый из которых мог соединяться с исходным мономером строго сверху или снизу.

«Эта стратегия оказалась ключевой», сказала Чен. Далее ученые использовали двухступенчатый процесс для приготовления кристаллов. Она впервые использовала высокие уровни супернасыщенности, чтобы стимулировать начальное формирование кристалла, а затем применила посевной процесс для переноса новых кристаллов в другую среду, в которой они могли вырасти достаточно крупными для исследования.

Как только кристаллы были подготовлены, ученые проанализировали их с помощью рентгеноскопической дифракции, которая выявила место каждого атома в мутантной паре.

«Мы полагаем, что этот порядок показывает наиболее критические контакты, вовлеченные в нуклеацию», сказал Ма. „Впервые нам удалось увидеть, как начинается нуклеация актина“.

31.05.2013