Белок, изображенный в этом исследовании, представлял собой небольшой бактериальный фермент, называемый бета-галактозидазой; лекарство, с которым он был связан, представляет собой ингибитор фенилэтил-бета-D-тиогалактопиранозид (ПЭТГ), который помещается в карман фермента. Ферменты, как правило, представляют собой белки, которые катализируют биохимические реакции в клетке. Понимание того, как выглядит фермент, как со связанным с ним лекарством, так и без него, позволяет ученым разрабатывать новые лекарства, которые могут либо блокировать функцию этого фермента (если функция отвечает за заболевание), либо усиливать его активность (если активность отсутствует. вызывает проблему).
Исследование появилось в Интернете 7 мая 2015 года в Science Express. Шрирам Субраманиам, доктор философии из Центра исследований рака Национального института рака (NCI), руководил исследованием. NCI является частью Национального института здоровья.
«Это представляет собой новую эру в визуализации белков у людей, имеющую огромное значение для разработки лекарств», — сказал директор Национального института здравоохранения Фрэнсис С. Коллинз, доктор медицины, доктор философии. «Этот почти атомарный уровень визуализации предоставляет подробную информацию о ключах, которые разблокируют клеточные процессы».Усилия по разработке лекарств часто включают отображение контактов между небольшими молекулами и их сайтами связывания на белках. Эти сопоставления требуют максимально возможного разрешения, чтобы можно было проследить форму белковой цепи и различить водородные связи между белком и небольшими молекулами, с которыми он взаимодействует.
В этом исследовании исследователи смогли визуализировать бета-галактозидазу с разрешением 2,2 ангстрем (или A — примерно миллиардная часть метра), что сопоставимо с уровнем детализации, который до сих пор был получен только с помощью с помощью рентгеновской кристаллографии. При таком высоком разрешении в структуре достаточно информации, чтобы надежно помочь в разработке и разработке лекарств.
Чтобы определить структуры с помощью крио-ЭМ, суспензии белков мгновенно замораживают при температурах жидкого азота (от -196 ° C до -210 ° C или от -320 ° F до -346 ° F), чтобы вода вокруг молекул белка оставалась жидкой. нравиться. Затем суспензии визуализируются с помощью электронов, чтобы получить молекулярные изображения, которые усредняются вместе, чтобы различить трехмерную (3D) структуру белка.«Тот факт, что крио-ЭМ технология позволяет нам отображать относительно небольшой белок с высоким разрешением в почти естественной среде, и зная, что структура не была изменена кристаллизацией, это меняет правила игры», — сказал д-р Субраманиам. .В ходе исследования, используя около 40 000 изображений молекул, исследователи смогли рассчитать карту с разрешением 2,2 A структуры бета-галактозидазы, связанной с PETG.
Эта карта не только позволила исследователям определить расположение PETG в связывающем кармане, но также позволила им выделить отдельные ионы и молекулы воды в структуре и очень подробно визуализировать расположение аминокислот, составляющих белок.Доктор Субраманиам и его коллеги недавно использовали крио-ЭМ, чтобы понять функционирование множества важных с медицинской точки зрения молекулярных машин, таких как гликопротеины оболочки на ВИЧ и рецепторы глутамата, обнаруженные в клетках мозга.
Их новое открытие, однако, представляет собой самое высокое разрешение, которое они или другие достигли на сегодняшний день для структуры, определенной крио-ЭМ.«Крио-ЭМ позиционируется как еще более полезный инструмент в структурной биологии и разработке лекарств от рака», — сказал Дуглас Лоуи, доктор медицины, и.о. директора NCI. «Даже для белков, которые не поддаются кристаллизации, это может позволить определить их трехмерную структуру с высоким разрешением».