Гираш говорит: «Этот вопрос поставил нас перед довольно научной задачей, потому что все методы, которые мы обычно используем для изучения связи между различными доменами в белках, застревают, когда мишени являются гибкими, а не жесткими, а междоменный линкер в Hsp70s очень слаб. гибкий. Мы должны были проявить смекалку в нашем подходе ". Подробности в Журнале биологической химии.
Как она объясняет, белки теплового шока в семействе Hsp70 с молекулярной массой 70 — это «действительно важный класс молекулярных шаперонов, которые выполняют множество важных функций в клетке, включая связывание с клиентскими белками, чтобы способствовать их сворачиванию или предохранять их от патологических изменений. агрегации, или держать их в развернутом состоянии, чтобы они могли проходить сквозь мембрану, как нити ".Она описывает три части свернутого белка Hsp70 как нуклеотид-связывающий домен и субстрат-связывающий домен, связанные «загадочным» междоменным линкером, который становится частью структуры, когда небольшая молекула, аденозинтрифосфат (АТФ), связывается с Hsp70. Когда АТФ высвобождает энергию для использования клеткой, он превращается в аденозиндифосфат (АДФ). «Вы можете думать об этой молекулярной машине как об аппарате Руба Голдберга», — отмечает она. «В течение многих лет мы знали, что маленький линкер, который соединяет два домена, важен, и когда присутствует АТФ, он является частью двухдоменной свернутой структуры.
Но при наличии ADP домены перемещаются независимо. Роль линкера в этот случай был неизвестен и представлял собой загадку, которую было очень трудно разгадать ".
Столкнувшись с ограниченными прямыми экспериментальными методами наблюдения за перемещениями линкеров, Гираш и доктор наук Чарльз Инглиш в сотрудничестве с дополнительным преподавателем Вуди Шерманом, также руководителем Silicon Therapeutics, Бостон, провели вычислительное исследование, чтобы понять диапазон возможных позиций линкера. Они использовали метод, называемый молекулярной динамикой, который использует уравнения движения Ньютона для моделирования движения атомов и молекул.
Этому способствовали огромные вычислительные мощности графических процессоров и близлежащий многофункциональный вычислительный центр Massachusetts Green High Performance Computing Center в Холиоке.Гираш говорит, что Венли Мэн, мастер методов ядерного магнитного резонанса (ЯМР), получил данные ЯМР, которые подтвердили моделирование. Линкер состоит всего из 12 аминокислот, и Менг смог напрямую извлечь информацию о линкере из 636 аминокислот. «Это был значительный вклад в нашу работу», — отмечает она. «Это дало нам экспериментальный отпечаток пальца для сравнения с тем, что было сказано в компьютерном моделировании, и мы были очень довольны точным соглашением. Комбинация данных ЯМР с нашим моделированием сделала наши выводы намного сильнее.
Интеграция нескольких дисциплин значительно продвигает исследования в области наук о жизни, такие как это."Она сообщает: «Оказывается, если внимательно посмотреть на этот линкер, он похож на универсальный шарнир в машине».
Для Гираша, который собирал MG по частям, будучи аспирантом, эта аналогия не так уж неправдоподобна, как можно было бы подумать. «В механизме приводного вала есть жесткие части, соединенные шарнирами, и это то, что имеет этот линкер, три жестких части, соединенные гибкими шарнирами. В результате два домена, привязанные линкером, имеют ограниченное вращение относительно друг друга. Итак, этот протеиновый линкер не похож на лапшу или кусок пряжи. Он жесткий в некоторых местах, но гибкий в других, и, чтобы способствовать правильному функционированию шаперона, он может скручиваться таким образом, чтобы облегчить механизм шаперона, но не может иди везде ".«Непредвиденный бонус», — добавляет она, — это обнаружение того, что линкер часто делает паузы в кармане на субстрат-связывающем домене, «что дает вам потенциальный сайт связывания для нацеливания лекарственного средства.
Раньше мы не знали об этом маленьком кармане. , но теперь мы можем представить способ остановить цикл сворачивания с помощью шаперонов, сконструировав небольшую молекулу, которая будет связываться с этим сайтом ».Гираш признает, что это продвижение само по себе является лишь одним шагом в долгом процессе, фактически над которым она работала десятилетиями. «Но так работает наука, шаг за шагом. Каждый кусок головоломки, который вы вставляете, проясняет более широкую картину».
Она и соавторы пишут, что улучшенное понимание роли междоменного линкера, которое они теперь охарактеризовали, «заполняет еще один пробел в понимании того, как эти молекулярные машины выполняют свои бесчисленные физиологические функции». Эта работа должна быть полезна для исследования мишеней Hsp70 при раке, болезни Альцгеймера и Паркинсона и разработки новых антибиотиков, добавляют они.«Кроме того, кажущиеся гибкими линкеры широко распространены в сигнальных молекулах в биологии, и наша работа иллюстрирует важность глубокого изучения ролей этих якобы гибких единиц.
Обозначение их конформационных ландшафтов прольет свет на то, как они могут передавать информацию из одной области от молекулы к другой ".Гираш добавляет: «Говорят, что раковые клетки абсолютно зависимы от Hsp70, потому что они производят много белков в большом количестве, и эти шапероны приветствуют каждый вновь синтезированный белок и способствуют их принятию правильной структуры, поэтому люди так заинтересованы в их.
Если вы подавляете их, вы замедляете рост рака. Проблема в том, что вы также можете вызвать заболевание некоторых других клеток ». Кроме того, новые антибиотики могут быть разработаны путем ингибирования специфических бактериальных Hsp70, и поскольку Hsp70 помогают защищать клетки от агрегации белков, их ингибирование или манипулирование ими может привести к новым методам лечения редких заболеваний, возникающих в результате скопления белков.