20 December 2022, 23:00

Ученые расшифровали структуру светящегося белка обелина

В биомедицинских исследованиях на клеточных линиях или в живых тканях часто используются природные белки, которые светятся при изменении концентрации важных для жизнедеятельности клетки веществ. Ученые из МФТИ и ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» определили с высоким разрешением структуру одного из часто используемых в тест-системах светящихся белков. Сравнив конфигурацию белка до и после свечения, они сделали существенный шаг в понимании молекулярного механизма биолюминесцентной реакции. Результаты исследования важны для создания биолюминесцентных репортерных белков для применения в экспериментальной медицине, клеточной биологии и фармацевтической промышленности.

Ученые расшифровали структуру светящегося белка обелина
Source: ФИЦ КНЦ СО РАН

Многие живые организмы светятся. Источник природного света — достаточно сложная биохимическая реакция, в которой специфический фермент люцифераза вызывает окисление небольшой органической молекулы люциферина. Также обнаружены самые разнообразные фотопротеины, которые широко используются в биологических и медицинских исследованиях.

Достаточно перспективны тест-системы на основе фотопротеина обелина из морских светящихся гидроидов Obelia longissima. Белок испускает голубое свечение в ответ на связывание с ионами кальция, который регулирует функционирование практически всех клеток организма. Вместе с тем в биологических задачах гораздо нужнее красное свечение, поскольку оно хорошо проходит сквозь ткани. Чтобы заставить обелин светиться в этом диапазоне спектра, можно использовать его комплексы с другими белками, например, синтетическим аналогом природного люциферина. Биофизики из Красноярска и Долгопрудного при участии коллег из Германии и Франции исследовали, как изменится структура обелина при таком соседстве.

«В этой работе нам удалось получить трехмерную структуру белка обелина в комплексе с синтетическим аналогом природного люциферина, который сдвигает биолюминесценцию в красную область. Однако интенсивность свечения с этим аналогом значительно ниже, чем с природным люциферином. Определив структуру, мы нашли, что продуктом реакции является целентерамин, тогда как при использовании природного люциферина — целентерамид. Так как образование целентерамина происходит в результате реакции, идущей без излучения света, его обнаружение объяснило низкую интенсивность свечения обелина с этим аналогом», — рассказал Павел Наташин, кандидат биологических наук научный сотрудник лаборатории фотобиологии Института биофизики КНЦ СО РАН.

«Для структурных исследований нам были необходимы белковые кристаллы обелина, для формирования которых мы подобрали подходящие условия. Определение пространственной организации белковой молекулы проводили с помощью метода рентгеноструктурного анализа. Данный подход позволяет с высокой точностью рассмотреть положение каждого атома в интересующей нас молекуле. Сравнивая, как меняется структура белка до и после свечения, мы делаем выводы о механизме реакции. Для этих исследований были использованы возможности Европейского центра синхротронного излучения», — пояснил Алексей Мишин, заместитель заведующего лабораторией структурной биологии рецепторов, сопряженных с G-белком, МФТИ.

«В данной работе мы показали, что синтетический аналог люциферина неэффективно работает с обелином, но обеспечивает сравнимую с природным люциферином интенсивность излучения с некоторыми другими светящимися молекулами. Это дает нам основание понять, как “подправить” фотопротеин с помощью точечных замен аминокислот, которые снизят или исключат возможность протекания темновой реакции», — резюмировал Евгений Высоцкий, кандидат биологических наук заведующий лабораторией фотобиологии Института биофизики КНЦ СО РАН.

Исследование структуры и фотохимических характеристик свечения белка обелина в комплексе с кальцием и различными химическими соединениями поможет объяснить особенности его функционирования и расширить область его применения.

Source:  Пресс-служба МФТИ

News article publications

Read also

Белок шелкопряда поможет понять, как защитить глаза
Он схож с тем белком, что обеспечивает защиту сетчатки от окислительного стресса и дегенерации. Раскрытие авторами его структуры позволит разработать эффективные лекарства от офтальмологических заболеваний
Biotechnology
Molecular Biology
Structural Biology
10 November 2022
Присутствие фтора повлияло на противораковую активность аналогов куркумина
Ученые определили пространственную структуру молекул синтетических аналогов куркумина — природного соединения с противоопухолевой активностью. Синтетические аналоги предпочтительнее самого куркумина, поскольку они лучше усваиваются в человеческом организме. Авторы выяснили, что введение атома фтора в исследуемые соединения приводит к изменению их пространственной структуры, что может быть связано с повышенной противораковой активностью. Полученные данные будут полезны при разработке новых лекарственных препаратов для борьбы с онкологическими заболеваниями.
Molecular Biology
Oncology
Structural Biology
5 January 2024
Обнаружено место связывания лекарства у рецепторов
Ученые МФТИ сравнили структуры дигидрокси- и цистеинил-лейкотриеновых рецепторов. Они играют важную роль в воспалительных процессах в организме человека, включая астму, аллергический ринит, крапивницу и некоторые виды рака. Несмотря на структурное сходство лейкотриенов, эти два типа жирных молекул осуществляют свои функции, взаимодействуя с двумя различными семействами рецепторов, работающих в клеточной мембране. Исследование открывает путь к новым терапевтическим стратегиям избирательного воздействия на отдельные рецепторы.
Biophysics
Chemical Biology
Structural Biology
7 October 2023
Найдены различия в геометрии у плоских и сферических слоев клеток эпителия
Границы клеток, соединенных в единый слой, представляют собой многоугольники, формирующие подобие мозаики. Ученые определили, что от 40% до 60% клеток в эпителиальных слоях имеют вид шестиугольников, поскольку именно эта фигура обеспечивает максимально плотное смыкание клеток, а потому и прочность формирующихся поверхностей. Кроме того, авторы выявили, что в сферических слоях, по сравнению с плоскими, увеличивается доля пятиугольных клеток. При этом пяти- и семиугольные клетки стремятся расположиться рядом друг с другом.
Cell Biology
Mathematics
Structural Biology
19 September 2023
Фиброз почек уменьшает количество рецепторов прогестерона
Российские ученые обнаружили, что фиброз почек — замещение нормальной ткани органа соединительной тканью — приводит к резкому снижению активности гена PAQR5, кодирующего одноименный прогестероновый рецептор. Эксперименты на крысах показали, что из-за этого снижается чувствительность почечной ткани к половому гормону прогестерону, негативно сказываясь на прогнозе лечения. Открытый биологами механизм может использоваться при разработке препаратов для лечения заболеваний почек, в том числе рака.
Genetics
Physiology
Structural Biology
14 September 2023
Музыкальная аналогия легла в основу модели вторичного метаболизма грибов
Предложенная система просто и наглядно объясняет механизм активации биосинтетических кластеров генов, приводящей к биосинтезу вторичных метаболитов, среди которых много полезных для человека веществ
Biotechnology
Genomics
Microbiology
25 July 2023