Ученые из МФТИ на модельном примере показали, как управлять самосборкой белкового комплекса ферритина. Впервые продемонстрированы структурные доказательства существования тупикового октамерного состояния, которое не могло образовывать 24-мерную глобулу. Результат исследователей поможет в разработке эффективных векторных рекомбинантных вакцин или адресной доставки лекарств. Работа опубликована в журнале Biochemical and Biophysical Research Communications.
Ферритин — железосодержащий белковый комплекс, который, как конструктор, самособирается в глобулу — полую шарообразную структуру из 24 одинаковых элементов-субъединиц. Такая структура является перспективным контейнером для адресной доставки лекарств или каркасом для «пришивания» антигенов в рекомбинантных векторных вакцинах.
Для обоих приложений важно хорошо понимать, как происходит процесс сборки ферритина, и уметь этот процесс контролировать.
В 2020 году, когда ученые всего мира искали вакцину от коронавируса, исследователи из МФТИ пытались получить антиген СОVID-19, прицепленный к глобуле ферритина, по аналогии с работой японских ученых 2013 года по аналогичной вакцине от гриппа. Напрямую вакцины по японскому рецепту не вышло: антиген у коронавируса гораздо больше, чем у гриппа, а его части оказались «неподходящей» пространственной структуры, что в конечном итоге усложнило процесс производства белковых комплексов. Но в процессе работы исследователям удалось глубже проникнуть в тайну самосборки ферритина.
Ученые заставляли кишечных палочек (бактерии Escherichia coli) производить ферритин и следили с помощью метода малоуглового рентгеновского рассеяния за результатами его самосборки.
«Мы точно не можем сказать, через какие именно стадии происходит самосборка глобулы: по косвенным признакам предполагаем, что “шарик” склеивается из четырех гексамеров — структур, состоящих из шести субъединиц. Но точно доказали, что из трех октамеров — структур из восьми субъединиц — “шарик” не собирается», — комментирует Алексей Власов, старший научный сотрудник лаборатории молекулярной клеточной биологии и оптогенетики МФТИ.
Ученые выяснили условия и научились направлять сборку ферритина двумя разными путями: с глобулой или октамером в финале.
Два контролируемых пути самосборки ферритина: с октамером в конечной стадии (верхняя ветвь) и с глобулой (нижняя ветвь). Источник: Biochemical and Biophysical Research
Результаты экспериментальных наблюдений были также подтверждены моделированием в программе AlphaFold.
«Нам удалось разобраться в механизмах, которые ведут к сборке именно октамеров, — комментирует Алексей Власов. — На модельном объекте мы показали принцип управления самосборкой ферритина».
Результат работы демонстрирует возможность делать векторные вакцины на основе ферритина по-другому: не с полным каркасом-глобулой, а с частью — только октамером. Это актуально, например, для новых вакцин от ковида, в которых антиген, соединенный с ферритином, не самособирается в устойчивую глобулярную структуру.
