NatComm: Белки-шапероны помогают обычным белкам принять правильную форму

Белки играют важную роль в организме, и их нарушение может привести к серьёзным заболеваниям. В клетках существуют механизмы контроля качества белков. 

Шапероны класса Hsp70 занимают центральное место в этой системе контроля у животных и человека. Они регулируют широкий спектр биологических процессов. Однако точный молекулярный механизм работы шаперонов Hsp70 оставался неизвестным.

Учёные из Женевского университета (UNIGE) совместно с EPFL использовали передовую нанопоровую технологию и выяснили, как шапероны Hsp70 воздействуют на структуру клиентских белков.

Результаты, положившие конец десятилетним спорам, опубликованы в журнале Nature Communications.

Белки должны складываться в трёхмерные формы, чтобы правильно работать. Белки-шапероны, такие как Hsp70, помогают обычным белкам принять правильную форму. Hsp70 разбирает скопления неправильно свёрнутых белков и помогает переносить их в специальные части клетки, например, митохондрии.

В 1990-х и начале 2000-х годов учёные активно обсуждали, как шапероны Hsp70 управляют транслокацией белков. Были предложены две основные модели, но окончательного ответа не было.

В 2006 году профессор Паоло Де Лос Риос из EPFL и профессор Пьер Голубинофф из Университета Лозанны предложили новую теорию — Entropic Pulling. Она объясняет все наблюдения за транслокацией белков в митохондрии и может быть применена к другим функциям Hsp70s.

Экспериментальные доказательства

Теория позволяла интерпретировать всё больше результатов, но не имела экспериментального подтверждения.

Группа Чан Као с факультета естественных наук UNIGE специализируется на биоанализе одиночных молекул. Они считывают отклик ионного тока при прохождении молекулы через наноразмерную пору — из биологического белка или твёрдого материала.

Развитие нанопоровых технологий поможет создавать сенсоры высокого разрешения для обнаружения целевых молекул и секвенирования биополимеров.

Команда использовала нанопоровую технологию, чтобы смоделировать перемещение белков в естественных условиях на уровне одной молекулы.

Профессор Чан Цао пояснил, что результаты доказывают механизм энтропийного вытягивания шаперонов Hsp70 и опровергают две другие предложенные модели: Power Stroke и Brownian Ratchet.

Сила на молекулярном уровне

Белок-шаперон притягивает свою цель, делая её подвижнее и создавая силу, которая увеличивает беспорядочность системы.

По словам автора исследования Верены Рукс, эта сила составляет примерно 46 пиконьютонов на расстоянии 1 нанометр.

Профессор Паоло Де Лос Риос из Института физики и Института биоинженерии EPFL говорит, что подтвердилась теория о работе белка Hsp70, предложенная в 2006 году. Это стало возможным благодаря исследованиям профессора Чан Цао и её команды.

Это исследование также утверждает, что нанопоровые подходы — эффективный метод изучения молекулярных механизмов действия белков.

08.10.2024