Впервые изучена 3D-структура немодифицированного белка GPCR в естественной среде

Используя ЯМР-спектроскопию, сотрудники Калифорнийского университета в Сан-Диего (США) получили «карту» взаимного расположения атомов в составе протеина CXCR1 (семейство GPCR, экспрессируется на поверхности нейтрофилов), который детектирует присутствие сигнального воспалительного хемокина интерлейкин-8 и через внутриклеточный G-белок запускает каскад событий, призванный мобилизовать иммунные клетки.

Поскольку рецепторы, сопряжённые с G-белком (GPCR), определяют большинство клеточных реакций на внешние сигналы, они давно стали мишенью для многих современных лекарств. Понятно, что обладание как можно более полными сведениями о форме этих рецепторов (структура, упаковка и т. п.) позволит фармакологам точнее «подогнать» структуры малых лекарственных молекул под конкретную мишень-рецептор, что, в свою очередь, оградит другие рецепторы от нежелательного взаимодействия, а пациента — от неприятных побочных эффектов.

 

Структуры протеинов обычно решают методом рентгеноструктурного анализа, для которого нужен монокристалл белка. Но кристаллизация таких больших, тяжеловесных молекул — очень трудная, а чаще всего просто невозможная задача, потому исследователи прибегают к «жульническим методам», таким как срезание чересчур гибких концов молекул. Во многих случаях такие модификации способны резко изменить форму критически важных фрагментов белковой структуры, что совсем уж нехорошо.

В рассматриваемой работе, результаты которой опубликованы в журнале Nature, впервые проведено изучение структуры рецептора в его биологически активной форме, то есть именно в том состоянии, в котором он будет взаимодействовать с разрабатываемыми медикаментами.

Это позволило обнаружить серьёзные расхождения с ранее полученными данными (которые вошли в анналы медицинской химии). Так, на основании рентгеноструктурного анализа установлено, что GPCR представляет собой семейство белков, которые содержат семь доменов, пронизывающих мембрану (семь трансмембранных спиралей). Теперь же, оказывается, есть ещё и восьмой домен (!), покоящийся на поверхности мембраны, который может быть не частной характеристикой CXCR1, но иметь более широкое распространение.

На самом деле это открытие по своему масштабу может сравниться со взрывом небольшой ядерной бомбы.

Дальше — больше. Долгое время мы полагали, что трансмембранные домены мобильны (подвижны, как меха аккордеона). Однако, согласно данным спектроскопии, это совсем не так! Сигналы от трансмембранных доменов были не слабее сигналов от остальной части протеина, то есть никакого движения не происходит…

Важность понимания структуры GPCR в общем и CXCR1 в частности можно проиллюстрировать на следующем примере. Предварительные исследования показали, что ингибирование этого рецептора влечёт за собой блокирование недифференцированных стволовых клеток внутри опухолей молочной железы, что в конечном итоге приводит к невозможности метастаза и гибели всех типов раковых клеток. (Стволовые клетки рака молочной железы являются основной причиной смертельных и почти неизбежных рецидивов женской онкологии.)

Подготовлено по материалам Phys.Org.