Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • TechWeek
  • Биомолтекст2020
  • vsh25

Светочувствительный фермент

Белки стали послушными
Александра Борисова, Газета.Ru

Регуляция активности белков в организме – одна из важных задач биоорганической химии. Так, например, управление транскрипционными факторами – белками, отвечающими за перенос информации с молекулы ДНК на м-РНК, позволит влиять на контролируемую ими морфологию клеток. Через белки можно управлять ответом организма на внеклеточные сигналы и изменение окружающей среды, а также процессами деления клеток и клеточными процессами старения. Однако исследования осложнены тем, что к in vivo контролю функции белков предъявляются очевидные дополнительные требования – воздействующие агенты должны быть безопасны для живого организма в целом. По этой причине относительно простые химические реакции, хорошо осуществляемые с белками in vitro, не подходят для перспективного медицинского применения – «малые» молекулы, используемые в них (например, формальдегид), являются ядовитыми.

Из-за этого активация-деактивация ферментов с помощью света является предпочтительной,«бережной» методикой управления функцией белков. Исследование механизма модуляции активности рестрикционных ферментов с помощью ультрафиолетового или синего света публикует Proceedings of the National Academy of Sciences.

Рестриктазы – ферменты класса гидролаз, которые катализируют разрушение фосфодиэфирных связей (эти связи играют ключевую роль во всех биологических системах, образуя остов нуклеиновых кислот ДНК и РНК) чужеродных ДНК в большинстве прокариотических организмов – одноклеточных, не обладающих оформленным клеточным ядром, как, например, бактерии. Таким образом, рестриктазы выполняют, своего рода, «иммунную» функцию. Распознавание чужеродной ДНК осуществляется в специфических нуклеотидных последовательностях (сайтах), которые в собственной ДНК клетки «отмечены» определенными ферментами.

О результатах работы рассказала корреспонденту «Газеты.Ru» один из ее руководителей, заведующий отделом химии нуклеиновых кислот Института физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского (НИИ ФХБ МГУ), доктор химический наук, профессор Татьяна Орецкая: «Один из возможных способов регулирования активности белков основан на введении в структуру последних «фотопереключателя», который позволяет изменить активность белка под действием света с определенной длиной волны. Это позволяет изменять активность белка в клетке без добавления химических реагентов, которые кроме того могут негативно влиять на клеточные процессы. Пока рано говорить о внедрении в практику предложенных нами подходов регулирования активности ферментов рестрикции при использовании в качестве «фотопереключателей» производных азобензола. Однако в перспективе создание реагентов, которые способны модулировать активность клеточных белков, может привести к разработке биомедицинских препаратов нового поколения».

С помощью перекрестного сшивания остатков цистеина (аминокислоты, играющей важную роль в дезинтоксикационных процессах) в ферменте бифункциональным производным азобензола, которое может иметь как цис-, так и транс-конфигурацию в зависимости от длины волны света, которым его облучают (УФ или синего), активность фермента можно обратимо контролировать. При облучении синим светом азобензол находится в транс-конфигурации (фенильные заместители располагаются по разные стороны от двойной связи азот-азот), а в УФ-свете – в цис-конфигурации (заместители находятся по одну сторону от связи). Это позволяет изменить мотив упаковки конформационно подвижных цепей. Расстояние между SH-фрагментами цистеина значимо меняется (см. рисунок), что и позволяет модулировать функцию фермента. Таким образом, функция сшитых остатков цистеина варьируется при смене освещения с УФ на синее, проявляя так называемый «эффект фотопереключателя».

Чтобы выяснить, какие именно остатки наиболее значимо реагируют на изменение света, было синтезировано более 30 вариантов одноцепочечной рестрикционной эндонуклеазы PvuII. Затем их модифицировали азобензолом и протестировали их способность расщеплять ДНК. Обычно одиночные перекрестные сшивки в ферменте вызывают лишь небольшие изменения его действия, а значимые эффекты наблюдаются лишь при большом количестве перекрестных сшивок. Некоторые модифицированные ферменты несут сшитый фрагмент в непосредственной близости от активного центра. Именно их лучше всего получается «переключать» с помощью света – интенсивность расщепления ДНК менялась в 16 раз, при этом оставаясь обратимой. При этом изменение активности фермента происходит за считанные секунды.

«Наша работа проводилась в рамках международного проекта International Research Training Group «Enzymes and Multienzyme Complexes acting on Nucleic Acids» («Ферменты и мультиферментные комплексы, взаимодействующие с нуклеиновыми кислотами»). Наш коллектив – первый работающий в рамках этой программы в России и в Германии. С немецкой стороны в нем участвуют два университета – Университет Юстуса Либиха (г. Гиссен) и Университет Филиппа (г. Марбург). С российской стороны наш коллектив состоит из семи команд – пять из них их МГУ имени М.В. Ломоносова (Химический факультет и НИИ ФХБ имени А.Н. Белозерского) и две из Института биологии гена РАН. В программе участвуют 20 аспирантов и молодых кандидатов наук из России. В таком большом коллективе мы работаем третий год, и результатом одного из научных контактов стала эта публикация. Что касается самой программы, с немецкой стороны она финансируется DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft, Немецкое исследовательское общество), а с российской – РФФИ (Российским фондом фундаментальных исследований)», – объяснила профессор Орецкая.

Портал Вечная молодость www.vechnayamolodost.ru
15.12.2009

Читать статьи по темам:

биомолекулы Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

Впервые на экране: нейтрофилы идут по следу

Перемещая с помощью «оптического пинцета» микрочастицы, содержащие характерные для бактерий химические вещества, исследователи направляли движение иммунных клеток – нейтрофилов – в нужную сторону и снимали уникальные видеосюжеты.

читать

Спасти одинокие молекулы: новая антиоксидантная система

Учёные обнаружили новую систему защиты от избытка свободных радикалов – правда, пока только у бактерий, но это открытие поможет усовершенствовать методы антиоксидантной терапии человека.

читать

Сохранить мозг: нейропептиды и стволовые клетки

В Институте молекулярной генетики РАН занимаются разработкой пептидных соединений и методов применения стволовых клеток для профилактики и лечения инсульта и нейродегенеративных заболеваний.

читать

«Молодой Гиппократ»: кто похвалит «Герофарм» лучше всех...

Благотворительный Фонд «Молодой Гиппократ» объявляет внеочередной конкурс научных стипендий.

читать

И может собственных пептидов...

Пептиды – универсальные регуляторы многих процессов, протекающих в нашем организме, в т.ч. стимуляции или подавления иммунитета. Владислав Дейгин применил эти свойства пептидов для разработки лекарственных препаратов.

читать