Вчені розкрили таємницю стабільності клітинного здоровʼя

Група дослідників із США анонсувала нове відкриття, котре допомагає пояснити основні молекулярні механізми, за якими генетична інформація зрештою перетворюється на функціональні білки.

Дослідження, нещодавно опубліковане в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), показує, як білки теплового шоку (шаперони) виявляють «виборчу нерозбірливість» щодо певних протеїнів — своїх «клієнтів», яким вони допомагають змінювати структуру.

Лінійний код ДНК оперує чотирма «літерами»: A, Ц, Г і T. Завдяки складним процесам транскрипції, за яким слідує синтез і, зрештою, згортання білка, ці чотири двовимірні літери перетворюються на тривимірний «рецепт» протеїну із 20 літер. Найчастіше цей процес працює бездоганно, і клітини людського організму мають змогу плавно будувати та відтворювати себе.

Але іноді «щось іде не так», і тоді результати збою можуть бути катастрофічними. На щастя, від природи клітини проходять суворий контроль якості, що допомагає компенсувати руйнівні наслідки.

Процес згортання білка, під час якого ланцюжок амінокислот приймає свою остаточну конформацію білка, може бути особливо важким. Відомо, що спеціальні молекули, які називаються шаперонами, допомагають надати білку остаточної правильної форми. Шаперони визначають, які білки-«клієнти» схильні до ризику деформації, і потім можуть надати такому білку «додаткову допомогу». Але те, як саме виконують свою роботу шаперони, було погано вивчено – а робота американських учених допомогла розкрити механіку їхніх «трюків».

Хоча в наших клітинах присутні десятки тисяч різних білків, кожен із різною формою та функцією, шаперонів набагато менше. Було незрозуміло, яким чином ті самі шаперони «обслуговують» безліч різних білків?» Відповідь у тому, що автори дослідження називали «виборчою нерозбірливістю».

Використавши методи рентгенівської кристалографії, котра дає неймовірно докладний, але статичний знімок з високою роздільною здатністю взаємодії шаперону з його білком-клієнтом, а також ядерного магнітного резонансу, який дає більш повну та динамічну картину цього складного процесу, автори сфокусувалися на особливому сімействі шаперонів Hsp70s.

Вчені виявили, що Hsp70 функціонують як «нерозбірливо» (тобто можуть обслуговувати безліч різних білків), так і вибірково — діапазон білків, з якими вони можуть працювати, часом обмежений. Крім того, Hsp70 ʼчитаютьʼ послідовності білків-клієнтів подвійно або зліва направо, або праворуч наліво.

Цей прорив не тільки покращує розуміння механізмів клітинного гомеостазу, але й має практичне застосування: Hsp70 залучені до патогенезу багатьох хвороб, від раку до БАС, також вони експлуатуються вірусами. Розуміння того, як працюють шаперони, допоможе розробити терапевтичні стратегії проти невиліковних захворювань.