Ученые МФТИ нашли у важного рецептора длинный карман
Исследователи из Московского физико-технического института совместно с коллегами из Китая и США расшифровали кристаллическую структуру белка Frizzled 4 (FZD4), играющего важную роль в эмбриональном развитии ушей и глаз. Информация о структуре этого белка поможет подобрать вещества, влияющие на его активность и способные лечь в основу препаратов, лечащих связанные с Frizzled 4 нарушения развития. Об этом сообщается в пресс-релизе, поступившем в редакцию. Научная статья опубликована в журнале Nature.
Белки — это крупные молекулы из сотен, тысяч или даже десятков тысяч аминокислот, поэтому они «сворачиваются» в сложные трехмерные структуры. Зачастую даже небольшое изменение в форме такой структуры (конформации) ведет к существенному сдвигу возможностей и функций молекулы. Поэтому важно знать изначальную, «нормальную» трехмерную конформацию белков. Ее устанавливают с помощью методов рентгеновской кристаллографии. Нужную молекулу быстро замораживают, превращая в кристалл, и уже его «просвечивают», чтобы определить в нем положение различных атомов друг относительно друга.
Как правило, для стабилизации кристалла белка его связывают с какой-нибудь небольшой молекулой — лигандом. Однако в случае Frizzled 4 этого удалось избежать. Помогла программа CompoMug, созданная ранее частью коллектива авторов новой статьи. С помощью нее исследователи выявили аминокислоты в составе FZD4, играющие ключевую роль в поддержании обычной конформации этого белка. Для этого аминокислотный состав Frizzled 4 сравнили с таковым для близкого по строению и функциям белка SMO (Smoothened). Найденные аминокислоты-«столпы» заменили на способные дать еще большую стабильность, после чего получить кристалл FZD4 удалось без связывания с ним дополнительных молекул.
Frizzled, Smoothened и другие родственные им белки относятся к классу GPCR — G-protein-coupled-receptors, рецепторов, связанных с G-белками. Они подобно штопальным ниткам пронизывают мембраны клеток животных по нескольку раз. Наружными частями GPCR могут связываться с внеклеточными сигнальными веществами, и, когда это происходит, их конформация изменяется и сигнал передается в клетку на G-белок. Рентгеновская кристаллография FZD4 показала, что между частями этого белка, пронизывающими мембрану («стежками»), у него находится длинный гидрофильный карман, куда могут попадать небольшие водорастворимые молекулы. Строение этого кармана у Frizzled 4 отличается от такового у Smoothened и других близкородственных GPCR. Возможно, именно это было причиной, по которой потенциальные лекарства против болезней, вызванных неправильной конформацией FZD4, не работали.
Frizzled 4 и другие рецепторы, связанные с G-белками, играют ключевые роли в процессах эмбрионального развития, регенерации, передачи зрительных сигналов от сетчатки в головной мозг и т.д. Поэтому они являются одной из наиболее популярных мишеней разрабатываемых в настоящее время лекарств. Препараты, снижающие негативные эффекты от неверной конформации FZD4, смогут помочь при ряде наследственных заболеваний, в том числе семейной экссудативной витреопатии. При ней нарушен кровоток в капиллярах сетчатки, из-за чего четкость зрения снижена, а сама сетчатка постепенно дегенерирует.