Ученые МФТИ разработали и оптимизировали протокол криозащиты для аденозиновых рецепторов класса GPCR. Технология может быть применена при работе с хемокиновыми рецепторами – белками, играющими ключевую роль в развитии онкологических и аутоиммунных заболеваний. Статья опубликована в журнале Protein Science. Работа ведётся в коллаборации с Индийским технологическим институтом в Канпуре и Институтом биоорганической химии РАН.
Хемокиновые рецепторы входят в группу GPCR – семейство мембранных белков, участвующих в передаче сигналов в клетках. Они влияют на иммунный ответ и рост опухолей и являются мишенями для 34% современных лекарств. Среди популярных препаратов, действующих на представителей этого семейства, Маравирок (Maraviroc) от ВИЧ, действующий на CCR5, и Плериксафор (Plerixafor, Mozobil), действующий на CXCR4, от неходжкинской лимфомы и множественной миеломы. Ещё несколько лекарств находятся на продвинутых стадиях разработок и клинических испытаний.
Алексей Мишин, и.о. заведующего лабораторией структурной биологии рецепторов, сопряжённых с G-белком МФТИ. © Анастасия Каплина, МФТИ
«В отличие от других исследований GPCR, наш проект сфокусирован на одном из рецепторов хемокинов. Это малые белки, выделяемые иммунными клетками и играющие ключевую роль в физиологических процессах, связанных с клеточной миграцией и воспалительными процессами. Наш целевой рецептор экспрессируется главным образом в таких иммунных клетках, как нейтрофилы, тучные клетки, моноциты и макрофаги, эндотелиальные и эпителиальные клетки. Также он чрезмерно экспрессируется в различных раковых тканях, таких как рак поджелудочной железы и печени, что непосредственно влияет на возникновение заболевания и метастазирование раковых клеток. Мы рассматриваем используемый белок в качестве важной лекарственной мишени при ряде заболеваний человека, включая сепсис, астму, псориаз, онкологические и воспалительные заболевания», – рассказал один из основных исполнителей проекта, и.о. заведующего лабораторией структурной биологии рецепторов, сопряжённых с G-белком МФТИ Алексей Мишин.
Изучение GPCR долгое время сдерживала техническая сложность: данные белки крайне чувствительны к заморозке, что затрудняло их длительное хранение. Коллективу МФТИ удалось решить эту проблему. На примере A2A аденозинового рецептора – хорошо изученного модельного белка из семейства GPCR – учёные показали, что правильно подобранная детергентная среда (водный раствор, где молекулы стабилизаторов создают вокруг белка защитную оболочку, имитирующую его естественное мембранное окружение) эффективно защищает белки от повреждений при сверхнизких температурах.
Первый автор статьи младший научный сотрудник лаборатории структуры и динамики биомолекул МФТИ Иван Капранов и соавтор работы младший научный сотрудник лаборатории структуры и динамики биомолекул Игорь Левашов. © Анастасия Каплина, МФТИ
Исследование доказало принципиальную возможность криоконсервации и помогло определить оптимальные протоколы. Учёные установили, что среда с современным детергентом LMNG (лаурилмальтоза неопентилгликоль) обеспечивает наилучшую защиту, сохраняя как структурную целостность, так и функциональную активность белка даже после месяца хранения.
Метод оказался гибким: надёжное хранение возможно и при сверхнизкой (-80°C), и при стандартной (-20°C) температуре, что делает его доступным для большинства лабораторий. Таким образом, эта работа закладывает методическую основу для главной задачи гранта.
Руководитель проекта, заведующий лабораторией структуры и динамики биомолекул МФТИ Валентин Борщевский. Фото пресс-службы МФТИ
«Разработка надежного метода криоконсервации – отправная точка нашего проекта. Теперь мы можем уверенно работать с образцами хемокиновых рецепторов, не опасаясь их деградации при хранении. Это ускоряет исследования и повышает надёжность получаемых данных, что особенно важно при изучении таких динамичных и сложных мишеней», – рассказал руководитель проекта, заведующий лабораторией структуры и динамики биомолекул МФТИ Валентин Борщевский.
Цель российско-индийского проекта – понять, как именно хемокиновые рецепторы активируются и передают сигналы. Это знание поможет в будущем создавать препараты против рака и других сложных заболеваний.
Проект победил в совместном конкурсе Российского научного фонда (РНФ) и Министерства науки и технологий Индии и рассчитан на три года. В итоге учёные планируют расшифровать 3D-структуру ключевых рецепторов, установить молекулярные механизмы их функционирования, найти новые точки воздействия для терапии и создать основу для эффективного лечения сложных случаев рака и иммунных болезней.
