Невозможность получить большое количество мембранных белков является «узким местом» для их исследования. Ученые Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ впервые применили альтернативную систему искусственной наработки белков LEXSY из клеток паразита тритона для производства рецепторов, сопряженных с G-белком. Она позволила получить в три раза больше тестового белка, чем стандартно используемые для этого системы. Работа опубликована в Journal of Molecular Biology (JMB).
Рецепторы, сопряженные с G-белком (GPCR), образуют самое большое суперсемейство мембранных белков в геноме человека (более 800). Эти крошечные молекулярные «машины», встроенные в стенки клеток, осуществляют взаимодействие между внутренней частью клетки и внешней средой. Неудивительно, что они имеют решающее значение при разработке лекарств. Но чтобы более точно нацелить молекулу лекарства на свою мишень, необходимо знать атомную структуру рецептора. На сегодняшний день они определены лишь у 20% этих белков. Для проведения экспериментов требуется большое количество биоматериала. Человеческие белки невозможно выделять из людей, их выращивают в искусственных системах. Чаще всего для создания систем по выращиванию GPCR ученые используют яйцеклетки мотылька — кукурузной лиственной совки. В них помещают человеческую ДНК, используя вирус, атакующий насекомых, который и производит нужный для исследований белок. Этот процесс называется рекомбинантной экспрессией. Произведенный белок выделяют из клетки и очищают от примесей. Только после этого различными методами можно изучать его атомную структуру или биофизические свойства.
Александра Лугинина, старший научный сотрудник лаборатории структурной биологии рецепторов, сопряженных с G-белком, МФТИ, поясняет: «Трансмембранные белки в принципе довольно сложно наработать в искусственных системах. Для структурных исследований нужны большие количества качественного белка. Но некоторые белки ни в какую не получаются. Мы искали условия, в которых можно было бы получить подобные белки».
Ученые Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ решили взять паразитов тритонов Leishmania tarentolae и применить их для экспрессии GPCR (LEXSY — Leishmania Expression System). Биофизики для апробации системы LEXSY наработали с ее помощью аденозиновый рецептор человека (A2AAR) — модельный и хорошо изученный представитель семейства. Полученный белок сравнили с тем же рецептором, продуцируемым в клетках насекомых. Он показал сходную чистоту, стабильность и структурную динамику. Но в клетках LEXSY его получилось заметно больше, что сильно порадовало ученых!
Рисунок. На литр культуры клеток LEXSY дали 3,6 мг, а клетки Sf9 (Spodoptera frugiperda, клетки кукурузной лиственной совки) — 1 мг. Источник: Journal of Molecular Biology (JMB)
Валентин Борщевский, заместитель директора Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ, комментирует: «В целом, наши результаты показывают, что LEXSY является перспективной платформой для крупномасштабного производства GPCR и других трансмембранных белков для структурных исследований».
Система экспрессии LEXSY показала многообещающий результат. Она способна продуцировать функциональные и стабильные мембранные белки, аналогичные тем, которые получают в более традиционных системах, таких как клетки насекомых или млекопитающих. Ее способность экспрессировать рецепторы, сопряженные с G-белком, с высоким выходом может добавить удобный и эффективный инструмент в арсенал экспериментаторов и оказать решающее влияние на дальнейшие структурные и функциональные исследования. Кроме того, система экспрессии LEXSY является быстрой и экономичной альтернативой более устоявшимся методам экспрессии. Команда ученых из МФТИ верит, что LEXSY позволит пополнить копилку пространственных структур GPCR, что в конечном итоге приведет к упрощению поиска лекарств и терапевтических разработок.
Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (22-74-00024).
Центр исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний включает несколько лабораторий и является базовой организацией кафедры биофизики ЛФИ МФТИ. Поступить на кафедру и начать учиться и заниматься научной работой на стыке физики и биологии можно как в бакалавриате, так и после поступления в магистратуру или аспирантуру ЛФИ МФТИ.
