Создан управляемый светом переключатель активности белков

Ученые научились изменять состояния белка с помощью светочувтвительного домена-переключателя. Полученные белки функционируют как природные, только реагируют на свет а не на другие молекулы. Это поможет в изучении работы белков и их влияния на работу клеток in vivo. Отчет об исследовании опубликован в журнале Science.

Белки благодаря своей способности обратимо изменять пространственную структуру способны выполнять разнообразные функции. Они участвуют в клеточном движении, переносят другие молекулы и служат катализаторами биологических реакций. Для выполнения этих функций белкам необходимо при определенных воздействиях переключаться между разными состояниями (конформациями), принимая активную или неактивную форму.

Чтобы изучасть действия белков в разных конформациях и их влияние на клеточный метаболизм, ученые используют различные механизмы искусственного переключения. Наиболее перспективный из механизмов – аллостерическая регуляция, она присутствует у сложных ферментов: к регуляторному центру белка присоединяются молекулы, активируя или ингибируя каталитический центр. В лабораториях аллостерический переключатель прикрепляют недалеко от активного центра так, чтобы он не мешал работе центра и изменял его структуру при воздействии малыми молекулами.

В новой работе ученые из Университета Северной Каролины и Института Макса Планка использовали как аллостерический регулятор не обычный хемочувствительный, а фоточувтсвительный домен. В качестве белка-основы они взяли мутантную, постоянно активную Src киназу, которая участвует в процессах клеточного роста. В последовательность этого белка вставили светочувствительный домен LOV2, чьи концевые спирали разупорядочиваются при облучении голубым светом. Таким образом, при поглощении синих фотонов домен LOV2 вносил возмущения в структуру центра и весь белок переходил в неактивное состояние, очень близкое к естественному. Когда излучение убирали, киназа возвращалась к активной конформации, то есть световое переключение оказалось обратимым.

Чтобы проверить, насколько универсальным может быть новый светочувствительный переключатель, ученые повторили конструирование для двух других семейств белков – сигнальных Rho ГТФаз и GEF (фактор обмена гуанинового нуклеотида). В обоих случаях конформации белков обратимо изменялись под воздействием облучения, причем для семейства GEF домен LOV2 послужил активатором, так как был встроен в аутоингибирующий домен.

В итоге исследователи получили достаточно универсальный и простой в применении оптогенетический переключатель, который к тому же отличается высокой скоростью действия (относительно хемочувствительных доменов-переключателей, таких как рапамицин-чувствительный uniRapR). Такое встроенное фотореле может быть очень удобно для изучения механизмов действия отдельных белков и работы клетки в целом.

Переключаться подобным образом можно заставить многие белки, но не все. К примеру, как показало недавнее исследование, рибонуклеотид редуктаза (РНР) переключается между четырьмя субстратами, перестраивая активный центр.

Анна Маньшина