Биофизики раскрыли структуру активного центра тромболитического фермента пиявки
Тромбозы и их последствия, инфаркты и инсульты являются одной их основных причин смертей в современном мире. Для борьбы с ними биофизики из МФТИ предлагают использовать фермент медицинской пиявки ─ дестабилазу. С помощью метода рентгеноструктурного анализа ученые получили данные о трехмерной структуре этого белка, а изучив аналоги у близких и далеких родственников пиявки по эволюционному древу, смогли объяснить механизм его работы.
Гирудотерапия, или лечение медицинскими пиявками (Hirudo medicinalis), давно применяется при воспалительных и сердечно-сосудистых заболеваниях, тромбозах, а также после различных хирургических операций. Слюна этих животных содержит множество соединений, разжижающих кровь, — это нужно, чтобы та не свернулась во время кормления и в желудке пиявки. Есть среди них и фермент дестабилаза, способная растворять тромбы. Она расщепляет изопептидные связи между молекулами белков крови, и сгусток распадается. Такое вещество очень привлекательно в медицине для борьбы с тромбами, однако оно еще недостаточно хорошо изучено, чтобы можно было делать препараты на его основе. Кроме того, его активность подавляется в присутствии ионов натрия, обычных для биологических жидкостей.
Российские исследователи вместе с зарубежными коллегами выяснили структуру дестабилазы при помощи рентгеноструктурных методов с разрешением до 1,1 Å. Они изучили комплекс фермента с ионом натрия чтобы понять, какой именно фрагмент белка обеспечивает его функции (и блокируется) — в дальнейшем, как вариант, его можно изменить и создать лекарство, нечувствительное к ионам.
Результат показал, что натрий действительно связывается с участком, ранее признанным активным центром дестабилазы. Однако есть еще два фрагмента, взаимодействие иона с которыми может мешать работе фермента. Чтобы проверить свое предположение, авторы также провели филогенетический анализ около 1000 аминокислотных последовательностей в аналогах дестабилазы у других беспозвоночных.
«Для нас интереснее всего посмотреть, как эти гомологичные, то есть имеющие схожее строение и функцию белки развивались с ходом эволюции, как при каких-то изменениях структуры изопептидазная активность сохраняется, а при других — исчезает, — поясняет Валентин Борщевский, заместитель директора Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ. — Мы можем посмотреть, какие аминокислоты критически важны для сохранения функции, и сделать выводы, что они участвуют в формировании активного центра».
«Мы наложили последовательности аминокислот в этих белках друг на друга, определенным образом выровняли и сравнили, насколько они совпадают, — уточняет Даниил Корнилов, младший научный сотрудник лаборатории старения и возрастных нейродегенеративных заболеваний МФТИ. — Так мы определили степень эволюционной близости этих конкретных белков. Затем мы выявили из них те, которые, как и дестабилаза, умеют расщеплять изопептидные связи. Оказалось, что белки, имеющие предположительно тот же механизм расщепления изопептидных связей, образуют с дестабилазой единый кластер на эволюционном древе. Среди белков данного кластера нашлись два с подтвержденной изопептидазной активностью, структура которых была известна. И далее мы сравнивали структуру нашей дестабилазы со структурами этих двух белков, чтобы понять, как именно они (а значит, и все другие белки данного кластера) разрушают изопептидные связи».
Выводы авторов о существовании целой триады фрагментов белка, обеспечивающих его работу, подтвердились. Полученные результаты закладывают основу для дальнейших исследований взаимосвязи строения дестабилазы и ее тромболитической активности, а также могут служить отправной точкой для дизайна белковых структур, на основе которых будут разработаны новые лекарства.
