Как и люди, клетки часто оказываются в катастрофических ситуациях. Несмотря на то, что клеткам не угрожают ураганы и землетрясения, повреждения, вызванные жарой или радиацией, столь же разрушительны: важные белки, которые контролируют химические реакции, переносят вещества или распознают сигнальные вещества, среди прочего, теряют свою структуру и становятся бесполезными.
Когда это происходит, клеточные процессы выходят из-под контроля.Но у клеток есть свои собственные системы предотвращения катастроф: небольшие белки теплового шока предотвращают свертывание других белков в нерегулярные сгустки, чтобы гарантировать, что они могут сохранить свою правильную структуру.
Это позволяет им продолжать выполнять свои задачи — клетки выживают. В настоящее время в человеческом организме известны девять из этих вспомогательных белков, и они очень универсальны. Они выполняют свою работу во всех тканях: в головном мозге, в сердце и мышцах, а также в линзах наших глаз, где они предотвращают помутнение.
Когда небольшие белки теплового шока перестают функционировать должным образом, может возникнуть широкий спектр заболеваний, таких как катаракта, определенные нейрональные состояния или рак. Таким образом, ученые заинтересованы в точном понимании того, за что ответственны различные белки теплового шока, как выглядят их молекулярные структуры и как они регулируются.Защитный белок, специально предназначенный для эмбрионального развития.Группа ученых из Технического университета Мюнхена во главе с Йоханнесом Бухнером, Севиль Вайнкауф и Майклом Гроллом впервые успешно охарактеризовала молекулярную структуру и функцию небольшого белка теплового шока, который существует исключительно в яйцах и эмбрионах Caenorhabditis. elegans нематода.
Исследователи определили, что белок Sip1 отвечает именно за развитие эмбрионов и регулируется скорее значением pH, чем температурой. «Sip1 — единственный небольшой белок теплового шока, который, как мы знаем, проявляет эти свойства», — говорит Бюхнер. «Он берет на себя сложную задачу по поддержанию белкового баланса в быстро делящейся ткани и кислой среде во время эмбриональной фазы. Ни один другой белок теплового шока не может сделать то же самое». Члены небольшого семейства белков теплового шока эффективно разделяют эту работу — с некоторой специализацией для предотвращения различных сценариев катастроф.Несмотря на то, что Sip1 существует только у нематод, последствия для людей интересны. «Мы еще не знаем, играет ли белок с аналогичной функцией роль в эмбриональном развитии человека, но мы подозреваем, что это так», — говорит Бюхнер.
Большое сходство между небольшими белками теплового шока нематод и людей в определенных местах проявляется в кристаллической структуре белка Sip1. Способ взаимодействия двух ключевых частей белкового комплекса удивительно похож на способ взаимодействия альфа-В-кристаллина в хрусталике человеческого глаза.Принципы изготовления защитных белковПонимание связи между структурой, регуляцией и функцией белков Sip1 стало возможным только в результате тесного сотрудничества ученых из разных областей исследований на кафедре химии.
В биологических и биохимических экспериментах они впервые определили значение Sip1 для выживания эмбрионов нематод. Они обнаружили, как белок теплового шока предотвращает свертывание важных эмбриональных белков во время теплового стресса при активации низким значением pH.
Электронно-микроскопический анализ и анализ кристаллической структуры позволяют решить еще одну задачу. Они показали, что белок присутствует в нескольких формах, состоящих из 32, 28 или 24 идентичных субъединиц. В средах с высоким pH преобладают крупные комплексы, и белок неактивен.
Однако, когда значение pH становится кислым, крупные олигомеры диссоциируют и активируется защитный белок.В будущих проектах ученые во главе с Бюхнером, Вайнкауфом и Гроллом надеются идентифицировать молекулярный переключатель, который запускает диссоциацию больших олигомеров Sip1 на более мелкие.
