Ученые изучают белок, связанный с болезнью Альцгеймера и раком

Ученые из Университета Хьюстона, используя сложное компьютерное моделирование, изучают функции важнейшего белка, ошибки в работе которого могут привести к развитию болезни Альцгеймера и ряду онкологических заболеваний.

Белки в клетках постоянно передают клетке информацию о том, что происходит и как на это нужно оперативно реагировать. Сбои в выполнении этой функции вызывают неконтролируемый клеточный рост и рак или ошибки в работе клетки, ведущие к болезни Альцгеймера. Понимание внутриклеточных белков – с точки зрения их структуры и ферментативной активности – важно для изучения того, как можно предотвратить или лечить эти болезни на молекулярном уровне.

Физик-теоретик Ченг и ее коллега-экспериментатор Мартин Грубел из Университета Иллинойса, Урбана-Шампейн руководили группой ученых, которым удалось раскрыть одну из тайн белков. Для изучения фермента фосфоглицераткиназы (phosphoglycerate kinase – PGK), Ченг использовала компьютерные модели, имитирующие среду внутри клетки. Биохимики обычно изучают белки в воде, но такие исследования в пробирке не дают полной информации, так как не могут показать, как именно белок функционирует внутри переполненной клетки, где он может взаимодействовать с ДНК, рибосомами и другими молекулами.

Фермент ФГК играет ключевую роль в процессе гликолиза – метаболического расщепления глюкозы и других сахаров с выделением энергии в форме АТФ. Молекулы АТФ – это топливо для биологических молекулярных моторов. Такое превращение пищи в энергию происходит в каждом организме, от дрожжей до человека. Нарушения в гликолитическом пути связываются учеными с болезнью Альцгеймера и раком. Установлено, что пациенты со сниженной скоростью метаболизма в головном мозге подвержены риску развития болезни Альцгеймера, в то время как вышедшая из-под контроля скорость метаболизма, как предполагается, обеспечивает энергией и стимулирует рост злокачественных опухолевых клеток.

Ранее ученые полагали, что в ферменте ФГК, имеющем форму компьютерного персонажа Pac-Man, должно произойти динамическое изменение, позволяющее ему выполнять свою метаболическую функцию. Однако в компьютерной модели, имитирующей внутреннюю среду клетки, Ченг обнаружила, что фермент функционирует и в своей закрытой Pac-Man- форме в окружении множества других молекул. Действительно, в ограниченном пространстве переполненной клетки фермент был в 15 раз активнее. Это означало, что в условиях аналогичных внутренней среде клетки белок более активен и эффективен, чем в пробирке. Это открытие может значительно изменить взгляды ученых на белки и их поведение, если принимать во внимание внутреннюю среду клетки.

"Картинка, представляющая изображение молекулярной структуры лекарства, способного точно узнавать и связываться внутри переполненной клетки с ключевой молекулой, вызывающей болезнь Альцгеймера или рак. Затем возможность возвращать больной клетке ее здоровую форму взаимодействия на молекулярном уровне. Это может стать реальностью в ближайшем будущем", - говорит руководитель исследования.

Источник: www.lifesciencestoday.ru